Back to Search Start Over

Dominant role of OH − and Ti 3+ defects on the electronic structure of TiO 2 thin films for water splitting

Authors :
Maria Isabel Mendoza Diaz
Andrea Balocchi
Kolade Oyekan
Kui Tan
William G. Vandenberghe
Alain Esteve
Carole Rossi
Équipe Nano-ingénierie et intégration des oxydes métalliques et de leurs interfaces (LAAS-NEO)
Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS)
Université Toulouse Capitole (UT Capitole)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)
Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole)
Université de Toulouse (UT)
Nanomagnétisme (LPCNO)
Laboratoire de physique et chimie des nano-objets (LPCNO)
Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT)
Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université de Toulouse (UT)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
University of Texas at Dallas [Richardson] (UT Dallas)
The authors acknowledge the financial support from theEuropean Research Council (H2020 Excellent Science)Researcher Award (Grant No. 832889 – PyroSafe) and from theFEDER/Occitanie Region (Grant H2VERT/HYPHY). This work wasalso supported by the LAAS-CNRS technology platform, amember of the Renatech network. The authors also thank Dr.Hicham Jabraoui from LAAS, University of Toulouse for his helpin doing GC experiments.
Source :
Dalton Transactions, Dalton Transactions, 2022, 40 (51), pp.15300-15311. ⟨10.1039/D2DT01871C⟩
Publication Year :
2022
Publisher :
HAL CCSD, 2022.

Abstract

International audience; Anatase/rutile consituted TiO2 thin films were prepared by sputter-deposition, and the influence of post-annealing step with a narrow window at 200 °C, revealed a gaining factor of 5 in the H2 production. An in-depth analysis of the photocatalytic performance revealed the dominant role of intermediate states, rather than the hetero-crystalline nature and mesoscale structure. Structural, chemical and optical investigations based on scanning electron microscopy, x-ray diffraction, x-ray photoelectron spectroscopy, UV-visible spectroscopy and photoluminescence supported by ab-initio calculation, correlated the H2 production with the dual presence of OH − and Ti 3+ defects in the form of titanium interstitial atoms. In addition, steady-state photoluminescence measurements determined the chemically active role of ethanol, commonly used as a hole scavenger, into inducing deep hole traps upon dissociation on the surface. These results give new directions for the design of TiO2 based photocatalytic systems for light-driven H2 production through water splitting, guided by a detailed description of defects present on the electronic structure and their chemical identification.

Details

Language :
English
ISSN :
14779226 and 14779234
Database :
OpenAIRE
Journal :
Dalton Transactions, Dalton Transactions, 2022, 40 (51), pp.15300-15311. ⟨10.1039/D2DT01871C⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....7470c380d74eb285be94298d692e2209