水溶液中の光触媒半導体の熱力学的酸化・還元電位

半導体の水溶液中における熱力学的酸化・還元電位を計算するためのアプローチが導入されます。化合物形成エネルギーとバンドアライメントのための新たに開発された第一原理計算手法と電気化学実験データを組み合わせることにより、このアプローチはほぼすべての化合物半導体の水溶液中での安定性を予測するのに使用できます。30種類の光触媒半導体が研究され、バルエンスバンドとコンダクションバンドのエッジ及び水のレドックス電位に対する酸化・還元電位を示すグラフ（簡略化されたプールバイグ図）が作成されました。このグラフに基づき、化合物半導体の酸化および還元による光腐食に対する熱力学的安定性と傾向が分析され、以下のことが示されます：(i) 一部の金属酸化物は、n型光陽極として使用される際に光生成ホールによる酸化に耐性を持つことができる；(ii) すべての非酸化物半導体は酸化に対して感受性がありますが、光生成電子による還元には耐性を持ち、したがって酸化から保護されればp型光カソードとして使用できます；(iii) 金属酸化物をより電気陰性度の低い陰イオンでドーピングまたは合金化することで、バンドギャップは減少しますが、酸化に対する安定性も低下する可能性があります。