Linking in situ charge accumulation to electronic structure in doped SrTiO3 reveals design principles for hydrogen-evolving photocatalysts
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Notice bibliographique
Résumé
Recently, high solar-to-hydrogen efficiencies were demonstrated using La and Rh co-doped SrTiO3 (La,Rh:SrTiO3) incorporated into a low-cost and scalable Z-scheme device, known as a photocatalyst sheet. However, the unique properties that enable La,Rh:SrTiO3 to support this impressive performance are not fully understood. Combining in situ spectroelectrochemical measurements with density functional theory and photoelectron spectroscopy produces a depletion model of Rh:SrTiO3 and La,Rh:SrTiO3 photocatalyst sheets. This reveals remarkable properties, such as deep flatband potentials (+2 V versus the reversible hydrogen electrode) and a Rh oxidation state dependent reorganization of the electronic structure, involving the loss of a vacant Rh 4d mid-gap state. This reorganization enables Rh:SrTiO3 to be reduced by co-doping without compromising the p-type character. In situ time-resolved spectroscopies show that the electronic structure reorganization induced by Rh reduction controls the electron lifetime in photocatalyst sheets. In Rh:SrTiO3, enhanced lifetimes can only be obtained at negative applied potentials, where the complete Z-scheme operates inefficiently. La co-doping fixes Rh in the 3+ state, which results in long-lived photogenerated electrons even at very positive potentials (+1 V versus the reversible hydrogen electrode), in which both components of the complete device operate effectively. This understanding of the role of co-dopants provides a new insight into the design principles for water-splitting devices based on bandgap-engineered metal oxides. Understanding the origin of unprecedented solar-to-hydrogen efficiencies in doped SrTiO3 has proved challenging. Linking in situ charge accumulation to electronic structure in this system now reveals design principles for hydrogen-evolving photocatalysts.
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Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
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