Mesoporous alpha-Fe2O3 thin films synthesized via the sol-gel process for light-driven water oxidation

Autor: Wael Hamd, Clément Sanchez, Saioa Cobo, Vincent Artero, Alexandre Pereira, Gianguido Baldinozzi, Jennifer Fize, Wilfrid Schwartz, Marc Fontecave, Maryse Reymermier, Christel Laberty-Robert
Přispěvatelé: Chaire Chimie des matériaux hybrides, Laboratoire de Chimie de la Matière Condensée de Paris (LCMCP), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de Chimie et Biologie des Métaux (LCBM - UMR 5249), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019]), Laboratoire Structures, Propriétés et Modélisation des solides (SPMS), Institut de Chimie du CNRS (INC)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire d'Analyse Microstructurale des Matériaux (LA2M), Service des Recherches Métallurgiques Appliquées (SRMA), Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, Laboratoire d'Innovation pour les Technologies des Energies Nouvelles et les nanomatériaux (LITEN), Institut National de L'Energie Solaire (INES), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Chaire Chimie des processus biologiques, Laboratoire de Chimie des Processus Biologiques (LCPB), Collège de France (CdF (institution))-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Collège de France (CdF (institution))-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Collège de France - Chaire Chimie des processus biologiques
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2012
Předmět:
Zdroj: Physical Chemistry Chemical Physics
Physical Chemistry Chemical Physics, Royal Society of Chemistry, 2012, 14 (38), pp.13224-13232. ⟨10.1039/c2cp42535a⟩
Physical Chemistry Chemical Physics, 2012, 14 (38), pp.13224-13232. ⟨10.1039/c2cp42535a⟩
ISSN: 1463-9076
1463-9084
DOI: 10.1039/c2cp42535a⟩
Popis: International audience; This work reports a facile and cost-effective method for synthesizing photoactive alpha-Fe2O3 films as well as their performances when used as photoanodes for water oxidation. Transparent alpha-Fe2O3 mesoporous films were fabricated by template-directed sol-gel chemistry coupled with the dip-coating approach, followed by annealing at various temperatures from 350 degrees C to 750 degrees C in air. alpha-Fe2O3 films were characterized by X-ray diffraction, XPS, FE-SEM and electrochemical measurements. The photoelectrochemical performance of alpha-Fe2O3 photoanodes was characterized and optimized through the deposition of Co-based co-catalysts via different methods (impregnation, electro-deposition and photo-electro-deposition). Interestingly, the resulting hematite films heat-treated at relatively low temperature (500 degrees C), and therefore devoid of any extrinsic dopant, achieve light-driven water oxidation under near-to-neutral (pH = 8) aqueous conditions after decoration with a Co catalyst. The onset potential is 0.75 V vs. the reversible hydrogen electrode (RHE), thus corresponding to 450 mV light-induced underpotential, although modest photocurrent density values (40 mu A cm(-2)) are obtained below 1.23 V vs. RHE. These new materials with a very large interfacial area in contact with the electrolyte and allowing for a high loading of water oxidation catalysts open new avenues for the optimization of photo-electrochemical water
Databáze: OpenAIRE
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