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Onset potential behavior in α-Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> photoanodes: the influence of surface and diffusion Sn doping on the surface states
저자
Shinde, Pravin S. ; Choi, Sun Hee ; Kim, Yongsam ; Ryu, Jungho ; Jang, Jum Suk
발행기관
학술지명
권호사항
발행연도
2016
작성언어
-등재정보
SCI,SCIE,SCOPUS
자료형태
학술저널
수록면
2495-2509(15쪽)
제공처
소장기관
<P>The onset potential is an important parameter that affects the water oxidation performance of photoanodes. Herein, we investigated the behavior of the photocurrent onset potential of hematite (alpha-Fe2O3) photoanodes by incorporating Sn4+ cations via external (surface overlayer) or self (underlying FTO substrate) doping. The alpha-Fe2O3/FTO photoanodes fabricated at both low (550 degrees C) and high (800 degrees C) temperatures were chosen for surface Sn4+ doping (0-10 mM SnCl4). At the lower temperature, Sn4+ doping enriched the conductivity of alpha-Fe2O3/FTO, thereby improving the photocurrent response at higher applied potentials. In addition, the surface incorporation of Sn4+ shifted the onset of the water oxidation reaction in the positive direction. In the case of high temperature-annealed photoanodes, Sn leaching (resulting from FTO deformation) also affected the water oxidation performance of the photoanodes. This was caused by the loss of FTO conductivity as well as by the unfavourable surface properties due to the excessive incorporation of Sn ions (SnOx) into the hematite matrix. The anodic shift of the onset potential in both cases was due to the decreased surface state capacitance, as revealed by electrochemical impedance spectroscopy (EIS). The different annealing conditions, where lattice distortion and deformation-directed Sn diffusion-doping occur, were also found to affect the surface states associated with hematite and its water oxidation onset potential. Crystallographic analyses made by synchrotron XRD further support the results obtained from the EIS study. Sn doping was found to be concurrent with the respective changes in the (104) and (110) planes of hematite, which are associated with the onset potential-driving surface states and the photocurrent-boosting electron mobility, respectively.</P>
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