在离子氧化物中经常观察到的掺杂剂偏析有利于工程材料和器件。然而,由于离子迁移的驱动力差和大量晶界的存在,掺杂剂大部分被限制在纳米级范围内。
近日,日本神户大学Takashi Tachikawa报道了在空气中相对较低的温度下,使用金属掺杂的赤铁矿介晶的一步热退火,通过定向自偏析形成核-壳异质结构。
文章要点
1)介晶内部纳米晶体亚单元之间的高度有序界面的烧结消除了晶界,在本体中留下大量氧空位。这导致掺杂剂(约90%)在外表面上的有效分离,形成其氧化物覆盖层。
2)无序SnTiOx覆盖层上的氧化表面Sn4+物种是有效产生H2O2的潜在活性位点。结果显示,基于赤铁矿介晶的优化光阳极具有包含Sn和Ti掺杂剂的氧化物覆盖层,用于光电化学制H2O2,具有高活性( 0.8 μmol min-1 cm-2)和高选择性(~90%)。
3)此外,其他类型的覆盖层,例如氮化物和氢化物,可以通过改变合成条件(例如,在N2或H2气氛中退火)来制备,以形成新的功能。
参考文献
Zhang, Z., Tsuchimochi, T., Ina, T. et al. Binary dopant segregation enables hematite-based heterostructures for highly efficient solar H2O2 synthesis. Nat Commun 13, 1499 (2022).
DOI:10.1038/s41467-022-28944-y
https://doi.org/10.1038/s41467-022-28944-y