Tight binding model of induced band shift in CoO nanoparticles

Recently researchers have shown that water splitting occurs in 6 nm particles of Co-O, an effect not seen in the pure crystal, indicating that the band shift in these particles is probably due in part to surface modification. Others have shown that band edges in metal oxide crystals can be shifted up by induced dipoles on the surface. These are created by attaching polar molecules or passive ligands. Here we present a tight binding model that predicts that the observed band shift in Co-O is caused by the formation of local dipole moments, which result from dangling bonds on a distorted surface coupled to attached water molecules. Holding the bond distances fixed, we show that this effect occurs at a variety of bond angles. We show that the most probable angle is [phi] = 3.3[degrees], implying that this technique can be applied to the study of amorphous surfaces. Key words: surface modification, tight binding, induced dipole moments, band shifts. Des chercheurs ont recemment demontre que le craquage de l'eau se produit dans des particules de Co-O de 6 nm, un effet non observe dans le cristal pur, indiquant que le decalage des bandes dans ces particules est probablement du en partie a une modification de surface. D'autres ont montre que les bords de bande dans des cristaux d'oxyde de metaux peuvent etre decales par des dipoles induits sur la surface. Ces derniers sont crees par attachement de molecules polaires a des ligands passifs. Nous presentons ici un modele de liaisons fortes qui predit que le decalage de bande observe dans Co-O est cause par la formation de moments dipolaires locaux, qui resultent de liaisons pendantes sur une surface deformee couplee a une molecule d'eau attachee. Gardant les distances de liaison fixes, nous demontrons que cet effet se produit a une variete d'angles de liaison. Nous montrons que l'angle de liaison le plus probable est [phi] = 3,3[degrees], indiquant que cette technique peut etre utilisee dans l'etude de surfaces amorphes. [Traduit par la Redaction] Mots-cles : theorie des liaisons fortes, physique des surfaces, modification de surface, decalage de bande, moment dipolaire de surface.
1. Introduction Photocatalytic overall water splitting used to generate hydrogen and oxygen has been considered as a clean and sustainable technique to produce renewable fuels as well as an important [...]