Hot Hole Utilization in Au-TiO2 and Au-C3N4-TiO2 Core-Shell Heterojunctions for High Performance Photoelectrochemical Water Splitting
Notice bibliographique
Résumé
Gold nanoparticles (Au NPs) coated with TiO2 shells exhibit strong localized surface plasmon resonance (LSPR) peaks at ~550-600 nm. The Au plasmons decay in femtoseconds through both interband and intraband damping processes to produce hot electron-hole pairs. These hot carriers have excess energy at room temperature which can be utilized to generate electricity or drive a chemical reaction. However, the hot carriers experience ultrafast recombination and thermal relaxation in hundreds of femtoseconds to a few picoseconds due to electron-electron scattering and collisions with phonons. A Schottky barrier heterojunction between Au and a n-type semiconductor such as TiO2 is an ideal method to separate the hot carrier pairs. In Au-TiO2 Schottky junctions, hot electrons are injected into TiO2 through thermionic emission and/or field emission before recombination and thermal equilibration, at timescales of roughly 250 fs. However the harvesting of residual hot holes in Au remains problematic partly because of the difficulty in forming Schottky junctions between Au and p-type semiconductors. The harvesting of hot holes is particularly important considering that hot holes in Au are on average, more energetic than hot electrons. In this work, we use an innovative photoanode architecture to harvest hot holes. Our photoanode architecture consists of Au NPs coated with a thin layer of amorphous TiO2 and deposited on transparent conductive oxide (TCO)-coated glass substrates. Hot electrons are extracted from the Au into the TCO contact through the TiO2 shell. Hot holes tunnel through the TiO2 to reach the alkaline electrolyte whether they oxidize hydroxyl ions and dissolved oxygen species to generate oxygen. Another novelty is the use of a layer of graphitic carbon nitride (g-C3N4) quantum dots to pump the plasmon through exciton-to-plasmon energy transfer and increase the production of hot carriers. g-C3N4 works to enhance the plasmonic light harvesting due to the excellent overlap between the emission of g-C3N4 and the LSPR absorption band of Au. Photocurrent densities as high as 3.7 mA/cm2 were achieved under AM1.5G one sun illumination with concomitant high Faradaic efficiencies. Photoelectrochemical action spectra collected using filtered AM1.5G illumination and monochromatic LEDs revealed the prominent role of visible photons in water-splitting performed using Au-C3N4-TiO2 core-shell ternary heterojunctions. A key goal moving forward is to replace the noble metal (Au) with transition metal nitride plasmonic absorbers while sustaining the high level of photoelectrochemical performance.
Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.
Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 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 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».