Publication detail

Protection of hematite photoelectrodes by ALD-TiO2 capping

Year: 2021

Type of publication: článek v odborném periodiku

Name of source: Journal of Photochemistry and Photobiology A-Chemistry

Publisher name: Elsevier Science SA

Place: Lausanne

Page from-to: 113126

Titles:

Language	Name	Abstract	Keywords
cze	Ochrana hematitových elektrod pomocí krycích TiO2 vrstev vytvořených ALD	Oxid železitý ve formě hematitu (α-Fe2O3) je polovodič n-typu a je fotoaktivní ve viditelné spektrální oblasti. Proto lze využít ve fotoelektrokatalýze a fotoasistovaném rozkladu vody. Pro tyto využití je důležitá jeho stabilita v kontaktu s kapalnou fází. Hematit je stabilní v alkalickém prostředí, ale méně stabilní v kyselém prostředí. V této práci poprvé ukazueme pokrytí porézního Sn-dopovaného hematitu tenkými krycími vrstvami TiO2, deponovanými depozicí atomárních vrstev (ALD) a dopad těchto vrstev na chemickou stabilitu a stabilitu fotoproudů. Nominální tlouštky ALD TiO2 vrstev byly 0.5, 2 a 7.5 nm. Přítomnost TiO2 vrstev byla detekována pomocí rentgenové fotoelektronové spektroskopie, transmisní elektronové mikroskopie s vysokým rozlišením (HR-TEM) a skenovací TEM s energiově disperzním detektorem (EDX). HR-TEM analýzy odhalili, že TiO2 vrstavy byly rovnoměrné a zárověn amorfní. Jejich expozice nepokrytého hematitu v 1M kyselině sírové způsobila rozpouštění o rychlosti 0.23 nm/h, přičemž tato hodnota poklesla o polovinu při pokrytí TiO2 vrstvou (7.5 nm). Díky energetické nevyrovnanosti valenčních pásů obou polovodičů docházelo ke graduálnímu poklesu vygenerovaných fotoproudů s rostoucí tloušťkou krycí vrstvy. Následné žíhání deponovaných hematitů zvýšilo fotoproudy, které byly v případě nejtenčí krycí vrstvy (0.5 nm) dokonce vyšší než fotoproudy samotného hematitu.	Hematit; ochranná TiO2 vrstva; chemické rozpouštění; ALD; XPS
eng	Protection of hematite photoelectrodes by ALD-TiO2 capping	Iron (III) oxide, in the form of hematite (alpha-Fe2O3), is a n-type semiconductor which is photoactive in the visible spectral region. Therefore, use in photoelectrocatalysis and photoassisted water electrolysis may be suggested. For such implementations, stability of contacts with liquid phases is mandatory. Hematite is stable in alkaline media but less stable in acidic media. For the first time the coverage of porous photoactive Sn doped hematite by thin capping layers of TiO2, deposited by Atomic Layer Deposition (ALD) and its impact on photocurrent and chemical stability of hematite is shown. The nominal thicknesses of the TiO2 ALD coatings were 0.5, 2 and 7.5 nm. The presence of the TiO2 coatings was evidenced by X-ray photoelectron spectroscopy, high-resolution transmission electron microscopy (HR-TEM) and scanning TEM coupled with energy dispersive X-ray (EDX) spectroscopy. HR-TEM analyses revealed that the TiO2 capping layers were amorphous and conformal. Exposure of uncovered hematite layers to 1 M sulfuric acid led to a nominal dissolution rate of 0.23 nm/h which was halved when a TiO2 ALD coating (7.5 nm thin) was applied. Due to mismatch of the valence band positions of the two semiconductors, photocurrents were strongly diminished as the capping layer thickness was increased. Post calcination of as deposited ALD films on hematite resulted in an increase of photocurrent, which only exceeded photocurrents of pristine hematite when the ALD thickness was not more than 0.5 nm.	Hematite; TiO2 capping layer; Chemical dissolution; ALD; XPS

Search

Login for students

Login for employees

Publication detail

Departments

Other Parts

Map

Services

Popular Links