Titanium incorporation into hematite photoelectrodes: Theoretical considerations and experimental observations

Energy and Environmental Science

Volumn 7, Issue 10, 2014, Pages 3100-3121

  Kronawitter, C X ^a   Zegkinoglou, I ^b,c   Shen, S H ^b   Liao, P ^d,e   Cho, I S ^f   Zandi, O ^g   Liu, Y S ^c   Lashgari, K ^h   Westin, G ^b,h,k   Guo, J H ^c   Himpsel, F J ⁱ   Carter, E A ^d   Zheng, X L ^f   Hamann, T W ^g   Koel, B E ^a   Mao, S S ^j,k   Vayssieres, L ^b  

^a Princeton University   (United States)

^b XI'AN JIAOTONG UNIVERSITY   (China)

^c LAWRENCE BERKELEY NATIONAL LABORATORY   (United States)

^d PRINCETON UNIVERSITY   (United States)

^e Och Spine at New York Presbyterian Hospitals   (United States)

^f Stanford University   (United States)

^g MICHIGAN STATE UNIVERSITY   (United States)

^h UPPSALA UNIVERSITY   (Sweden)

ⁱ University of Wisconsin Madison   (United States)

^j UNIVERSITY OF CALIFORNIA   (United States)

^k Institute of New Energy   (China)

more..

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ABSORPTION SPECTRA; CARRIER CONCENTRATION; CONDUCTION BANDS; ELECTRODES; ELECTRONIC STRUCTURE; HEMATITE; OXYGEN; TITANIUM; TITANIUM DIOXIDE; X RAY ABSORPTION SPECTROSCOPY; X RAYS;

CHARGE-COMPENSATING CATIONS; EFFICIENCY ENHANCEMENT; ELECTRONIC AND MAGNETIC PROPERTIES; EXPERIMENTAL EVIDENCE; IMPURITY INCORPORATION; PHOTOELECTROCHEMICAL PERFORMANCE; SOFT X-RAY ABSORPTION SPECTROSCOPIES; SPECTRAL CHARACTERISTICS;

TITANIUM METALLOGRAPHY;

ELECTRODE; EXPERIMENTAL STUDY; HEMATITE; PHOTOCHEMISTRY; THEORETICAL STUDY; TITANIUM;

EID: 84907980075     PISSN: 17545692     EISSN: 17545706     Source Type: Journal    
DOI: 10.1039/c4ee01066c     Document Type: Review

References (112)

1. Y. Tachibana L. Vayssieres J. R. Durrant Nat. Photonics 2012 6 511 518
2. J. Y. Kim G. Magesh D. H. Youn J.-W. Jang J. Kubota K. Domen J. S. Lee Sci. Rep. 2013 3 2681
3. L. Vayssieres C. Sathe S. M. Butorin D. K. Shuh J. Nordgren J.-H. Guo Adv. Mater. 2005 17 2320 2323
4. D. K. Bora A. Braun E. C. Constable Energy Environ. Sci. 2013 6 407 425
5. F. E. Osterloh Chem. Soc. Rev. 2013 42 2294 2320
6. T. Hisatomi J. Kubota K. Domen Chem. Soc. Rev. 2014 10.1039/c3cs60378d
7. G. Wang Y. Ling H. Wang L. Xihong Y. Li J. Photochem. Photobiol., C 2014 19 35 51
8. H. Dotan O. Kfir E. Sharlin O. Blank M. Gross I. Dumchin G. Ankonina A. Rothschild Nat. Mater. 2013 12 158 164
9. P. S. Bassi Gurudayal L. H. Wong J. Barber Phys. Chem. Chem. Phys. 2014 16 11834 11842
10. D. H. Lowndes D. B. Geohegan A. A. Puretzky D. P. Norton C. M. Rouleau Science 1996 273 898 903
11. O. Zandi B. M. Klahr T. W. Hamann Energy Environ. Sci. 2013 6 634 642
12. I. S. Cho C. H. Lee Y. Feng M. Logar P. M. Rao L. Cai D. R. Kim R. Sinclair X. L. Zheng Nat. Commun. 2013 4 1723
13. L. Vayssieres Int. J. Nanotechnol. 2004 1 1 42
14. E. L. Miller R. E. Rocheleau X. M. Deng Int. J. Hydrogen Energy 2003 28 615 623
15. J. Brillet J.-H. Yum M. Cornuz T. Hisatomi R. Solarska J. Augustynski M. Grätzel K. Sivula Nat. Photonics 2012 6 824 828
16. K. S. Joya Y. F. Joya K. Ocakoglu R. van de Krol Angew. Chem., Int. Ed. 2013 52 10426 10437
17. D. A. Wheeler G. Wang Y. Ling Y. Li J. Z. Zhang Energy Environ. Sci. 2012 5 6682 6702
18. I. S. Cho Z. Chen A. J. Forman D. R. Kim P. M. Rao T. F. Jaramillo X. Zheng Nano Lett. 2011 11 4978 4984
19. C. Santato M. Ulmann J. Augustyński Adv. Mater. 2001 13 511 514
20. A. Kleiman-Shwarsctein M. N. Huda A. Walsh Y. Yan G. D. Stucky Y.-S. Hu M. M. Al-Jassim E. W. McFarland Chem. Mater. 2010 22 510 517
21. F. J. Morin Phys. Rev. 1951 83 1005 1010
22. N. T. Hahn C. B. Mullins Chem. Mater. 2010 22 6474 6482
23. S. R. Pendlebury A. J. Cowan M. Barroso K. Sivula J. Ye M. Grätzel D. R. Klug J. Tang J. R. Durrant Energy Environ. Sci. 2012 5 6304 6312
24. B. Zhao T. C. Kaspar T. C. Droubay J. McCloy M. E. Bowden V. Shutthanandan S. M. Heald S. A. Chambers Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2011 84 245325
25. R. Shinar J. H. Kennedy Sol. Energy Mater. 1982 6 323 335
26. H. Tang M. A. Martin H. Wang T. Deutsch M. Al-Jassim J. Turner Y. Yan J. Appl. Phys. 2011 110 123511
27. J. A. Glasscock P. R. F. Barnes I. C. Plumb N. Savvides J. Phys. Chem. C 2007 111 16477 16488
28. C. X. Kronawitter S. S. Mao B. R. Antoun Appl. Phys. Lett. 2011 98 092108
29. M. H. Lee J. H. Park H. S. Han H. J. Song I. S. Cho J. H. Noh K. S. Hong Int. J. Hydrogen Energy 2013 10.1016/j.ijhydene.2013.10.031
30. X. Li N. C. Fan H. J. Fan Chem. Vap. Deposition 2013 19 104 110
31. S. A. Chambers J. Phys.: Condens. Matter 2008 20 264004
32. C. Y. Kim Thin Solid Films 2011 519 5996 5999
33. H. Magnan D. Stanescu M. Rioult E. Fonda A. Barbier Appl. Phys. Lett. 2012 101 133908
34. A. A. Tahir K. G. U. Wijayantha S. Saremi-Yarahmadi M. Mazhar V. McKee Chem. Mater. 2009 21 3763 3772
35. A. Kay I. Cesar M. Grätzel J. Am. Chem. Soc. 2006 128 15714 15721
36. M. Rahman N. Wadnerkar N. J. English J. M. D. MacElroy Chem. Phys. Lett. 2013 592 242 246
37. P. Zhang A. Kleiman-Shwarsctein Y. S. Hu J. Lefton S. Sharma A. J. Forman E. W. McFarland Energy Environ. Sci. 2011 4 1020 1028
38. H. Tang W.-J. Yin M. A. Matin H. Wang T. Deutsch M. M. Al-Jassim J. A. Turner Y. Yan J. Appl. Phys. 2012 111 073502
39. J. H. He B. A. Parkinson ACS Comb. Sci. 2011 13 399 404
40. R. Franking L. Li M. A. Lukowski F. Meng Y. Tan R. J. Hamers S. Jin Energy Environ. Sci. 2013 6 500 512
41. L. Wang C.-Y. Lee P. Schmuki Electrochem. Commun. 2013 30 21 25
42. Y.-S. Hu A. Kleiman-Shwarsctein G. D. Stucky E. W. McFarland Chem. Commun. 2009 2652 2654
43. S. Kumari A. P. Singh Sonal D. Deva R. Shrivastav S. Dass V. R. Satsangi Int. J. Hydrogen Energy 2010 35 3985 3990
44. C. J. Sartoretti B. D. Alexander R. Solarska I. A. Rutkowska J. Augustynski R. Cerny J. Phys. Chem. B 2005 109 13685 13692
45. M. Zhang W. Luo Z. Li T. Yu Z. Zou Appl. Phys. Lett. 2010 97 042105
46. X. Lian X. Yang S. Liu Y. Xu C. Jiang J. Chen R. Wang Appl. Surf. Sci. 2012 258 2307 2311
47. G. Wang Y. Ling D. A. Wheeler K. E. N. George K. Horsley C. Heske J. Z. Zhang Y. Li Nano Lett. 2011 11 3503 3509
48. P. Shangguan S. Tong H. Li W. Leng RSC Adv. 2013 3 10163 10167
49. J. Deng J. Zhong A. Pu D. Zhang M. Li X. Sun S.-T. Lee J. Appl. Phys. 2012 112 084312
50. D. Cao W. Luo M. Li J. Feng Z. Li Z. Zou CrystEngComm 2013 15 2386 2391
51. Z. Fu T. Jiang Z. Liu D. Wang L. Wang T. Xie Electrochim. Acta 2014 129 358 363
52. C. Miao S. Ji G. Xu G. Liu L. Zhang C. Ye ACS Appl. Mater. Interfaces 2012 4 4428 4433
53. C. Miao T. Shi G. Xu S. Ji C. Ye ACS Appl. Mater. Interfaces 2013 5 1310 1316
54. B. A. Balko K. M. Clarkson J. Electrochem. Soc. 2001 148 E85 E91
55. T.-Y. Yang H.-Y. Kang K. Jin S. Park J.-H. Lee U. Sim H.-Y. Jeong Y.-C. Joo K. T. Nam J. Mater. Chem. A 2014 2 2297 2305
56. D. Cao W. Luo J. Feng X. Zhao Z. Lia Z. Zou Energy Environ. Sci. 2014 7 752 759
57. A. Pu J. Deng M. Li J. Gao H. Zhang Y. Hao J. Zhong X. Sun J. Mater. Chem. A 2013 2 2491 2497
58. S. Shen C. X. Kronawitter D. A. Wheeler P. Guo S. A. Lindley J. Jiang J. Z. Zhang L. Guo S. S. Mao J. Mater. Chem. A 2013 1 14498 14506
59. T. Droubay K. M. Rosso S. M. Heald D. E. McCready C. M. Wang S. A. Chambers Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2007 75 104412
60. M. Rioult H. Magnan D. Stanescu A. Barbier J. Phys. Chem. C 2014 118 3007 3014
61. E. Thimsen S. Biswas C. S. Lo P. Biswas J. Phys. Chem. C 2009 113 2014 2021
62. J. Baltrusaitis Y.-S. Hu E. W. McFarland A. Hellman ChemSusChem 2013 7 162 171
63. X. Y. Meng G. W. Qin S. Li X. H. Wen Y. P. Ren W. L. Pei L. Zuo Appl. Phys. Lett. 2011 98 112104
64. A. J. Cohen P. Mori-Sanchez W. Yang Science 2008 321 792 794
65. V. I. Anisimov J. Zaanen O. K. Andersen Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1991 44 943 954
66. A. Bandyopadhyay J. Velev W. H. Butler S. K. Sarker O. Bengone Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2004 69 174429
67. J. Velev A. Bandyopadhyay W. H. Butler S. Sarker Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2005 71 205208
68. M. N. Huda A. Walsh Y. Yan S.-H. Wei M. M. Al-Jassim J. Appl. Phys. 2010 107 123712
69. P. Liao J. A. Keith E. A. Carter J. Am. Chem. Soc. 2012 134 13296 13309
70. P. Liao M. C. Toroker E. A. Carter Nano Lett. 2011 11 1775 1781
71. K. M. Rosso D. M. A. Smith M. Dupuis J. Chem. Phys. 2003 118 6455
72. N. Iordanova M. Dupuis K. M. Rosso J. Chem. Phys. 2005 122 144305
73. P. Robinson R. J. Harrison S. A. McEnroe R. B. Hargraves Am. Mineral. 2004 89 725 747
74. W. H. Butler A. Bandyopadhyay R. Srinivasan J. Appl. Phys. 2003 93 7882
75. A. Celik-Aktas T. Droubay S. A. Chambers M. Gajdardziska-Josifovska Microsc. Microanal. 2007 13 820 821
76. R. Rivera A. Stashans Solid State Sci. 2010 12 1409 1412
77. S. Gota M. Gautier-Soyer M. Sacchi Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2001 64 224407
78. R. D. Zysler D. Fiorani A. M. Testa J. Magn. Magn. Mater. 2001 224 5 11
79. V. Zelenak A. Zelenakova J. Kovac U. Vainio N. Murafa J. Phys. Chem. C 2009 113 13045 13050
80. J. Jacob M. A. Khadar J. Magn. Magn. Mater. 2010 322 614 621
81. I. R. Macdonald R. F. Howe S. Saremi-Yarahmadi K. G. U. Wijayantha J. Phys. Chem. Lett. 2010 1 2488 2492
82. C. X. Kronawitter I. Zegkinoglou S. Shen J. Guo F. J. Himpsel S. S. Mao L. Vayssieres Phys. Chem. Chem. Phys. 2013 15 13483 13488
83. F. M. F. de Groot M. Grioni J. C. Fuggle J. Ghijsen G. A. Sawatzky H. Petersen Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1989 40 5715
84. C. X. Kronawitter J. R. Bakke D. A. Wheeler W.-C. Wang C. Chang B. R. Antoun J. Z. Zhang J. Guo S. F. Bent S. S. Mao L. Vayssieres Nano Lett. 2011 11 3855 3861
85. F. M. F. de Groot Chem. Rev. 2001 101 1779 1808
86. G. Korotcenkov Mater. Sci. Eng., B 2007 139 1 23
87. C. X. Kronawitter L. Vayssieres S. Shen L. Guo D. A. Wheeler J. Z. Zhang B. R. Antoun S. S. Mao Energy Environ. Sci. 2011 4 3889 3899
88. I. Cesar A. Kay J. A. Gonzalez Martinez M. Grätzel J. Am. Chem. Soc. 2006 128 4582 4583
89. D. L. Smith, Thin-Film Deposition: Principles and Practice, McGraw-Hill, Boston, 1995
90. N. Beermann L. Vayssieres S.-E. Lindquist A. Hagfeldt J. Electrochem. Soc. 2000 147 2456 2461
91. C. D. Chandler C. Roger M. J. Hampden-Smith Chem. Rev. 1993 93 1205 1241
92. R. W. Schwartz Chem. Mater. 1997 9 2325 2340
93. G. Westin M. Leideborg K. Lashgari V. A. Coleman K. Jansson A. Pohl Int. J. Nanotechnol. 2009 6 828 849
94. R. Knut J. M. Wickberg K. Lashgari V. A. Coleman G. Westin P. Svedlindh O. Karis Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2010 82 094438
95. A. Pohl G. Westin K. Jansson Chem. Mater. 2002 14 1981 1988
96. L. Vayssieres N. Beermann S.-E. Lindquist A. Hagfeldt Chem. Mater. 2001 13 233 235
97. J. P. Crocombette M. Pollak F. Jollet N. Thromat M. Gautier-Soyer Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1995 52 3143 3150
98. C. X. Kronawitter I. Zegkinoglou C. Rogero J.-H. Guo S. S. Mao F. J. Himpsel L. Vayssieres J. Phys. Chem. C 2012 116 22780 22785
99. D. H. Kim H. J. Lee G. Kim Y. S. Koo J. H. Jung H. J. Shin J.-Y. Kim J.-S. Kang Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2009 79 033402
100. S. Saremi-Yarahmadi K. G. U. Wijayantha A. A. Tahir B. Vaidhyanathan J. Phys. Chem. C 2009 113 4768 4778
101. F. J. Berry C. Greaves J. G. McManus M. Mortimer G. Oates J. Solid State Chem. 1997 130 272 276
102. S. O. Kucheyev T. van Buuren T. F. Baumann J. H. Satcher Jr T. M. Willey R. W. Meulenberg T. E. Felter J. F. Poco S. A. Gammon L. J. Terminello Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2004 69 245102
103. P. Krüger Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2010 81 125121
104. C. X. Kronawitter M. Kapilashrami J. R. Bakke S. F. Bent C.-H. Chuang W.-F. Pong J.-H. Guo L. Vayssieres S. S. Mao Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2012 85 125109
105. K. Sivula J. Phys. Chem. Lett. 2013 4 1624 1633
106. M. V. Nikolic D. L. Sekulic N. Nikolic M. P. Slankamenac O. S. Aleksic H. Danninger E. Halwax V. B. Pavlovic P. M. Nikolic Sci. Sintering 2013 45 281 292
107. N. A. Curry G. B. Johnston P. J. Besser A. H. Morrish Philos. Mag. 1965 12 221 228
108. P. Kuiper B. G. Searle P. Rudolf L. H. Tjeng C. T. Chen Phys. Rev. Lett. 1993 70 1549 1552
109. J. Engel S. R. Bishop L. Vayssieres H. L. Tuller Adv. Funct. Mater. 2014 10.1002/adfm.201400203
110. J. Engel H. L. Tuller Phys. Chem. Chem. Phys. 2014 16 11374 11380
111. J. E. Katz X. Zhang K. Attenkofer K. W. Chapman C. Frandsen P. Zarzycki K. M. Rosso R. W. Falcone G. A. Waychunas B. Gilbert Science 2012 337 1200 1203
112. I. A. M. Pohl L. G. Westin M. Kritikos Chem.-Eur. J. 2001 7 3438 3445