コドーピングと酸素空孔によるα-Fe2O3の光電気化学的水酸化反応の最適化による過酸化水素合成

光エネルギーと触媒を利用して水をH2O2に変換する光電気触媒は、過酸化水素生成の有望な方法です。ヘマタイト（α-Fe2O3）はその有利なバンド構造とアルカリ性溶液中での優れた安定性により、非常に有望な光アノードと考えられています。しかし、バルクおよびα-Fe2O3表面での激しいキャリア再結合が光電極の触媒活性と安定性を制限しています。本研究では、PtおよびTiのコドーピングと酢酸（HAc）処理により、Pt/Ti:α-Fe2O3-HAc光アノードを作製し、光電気化学的な過酸化水素生成を促進しました。合成は均一なドーピングを実現するための水熱プロセスと焼成を経ました。生成した光アノードは相同定と形態分析の手法で特徴付けられました。最適化されたPt/Ti:α-Fe2O3-HAcは、1.7 VRHEで過酸化水素のファラデー効率75.6％、生成速度0.42 μmol 分⁻¹ cm⁻²を示しました。実験解析と理論計算は、PtおよびTiのコドーピングと酸素空孔修飾がFeサイトの電荷密度を増加させ、Fe dバンド中心を下降シフトさせることで効果的な光電気化学的過酸化水素生成を促進することを示しています。本研究は、PtおよびTiの相乗効果によるコドーピングおよび表面欠陥エンジニアリングによる界面修飾の新たな戦略を提案し、半導体における電荷分離効率を向上させました。この光アノード設計アプローチは、過酸化水素の光電合成関連の光アノードへの応用に適用可能です。