赤铁矿纳米结构的缺陷化学、电学及光电化学性质的理论与实验调控

摘要： 赤铁矿（α-Fe2O3）被视为光化学电应用中最具成本效益且稳定的阳极材料之一，其性能与其他过渡金属氧化物一样，强烈依赖于其电学和缺陷特性。本工作在受控温度（T = 250至400°C）和气氛（pO2 = 10^-4至1 atm O2）条件下，原位表征了未掺杂和锡掺杂α-Fe2O3纳米级粉末的电学与热力学性能，以研究其传输和缺陷特性。频率相关的复阻抗谱表明，颗粒间电阻与颗粒电阻相比可忽略不计。推导出预测未掺杂和掺杂α-Fe2O3中电子、空穴、铁空位和氧空位浓度随温度及氧分压变化的详细缺陷模型。利用这些缺陷平衡模型，确定了起作用的缺陷机制，并通过分析电导率对温度和pO2的依赖性，获得了未掺杂α-Fe2O3的带隙能量和锡掺杂α-Fe2O3的氧化焓?；谡庑┙峁颐悄芄唤馐褪┲鞑粼佣驭?Fe2O3电导率影响出人意料地微弱的原因。此外，根据本研究结果，提供了实验方法，成功调控赤铁矿以增强其对水氧化反应的光催化活性。