TiO₂ 나노로드 패시베이션/반사방지층

수열 합성으로 성장된 다기능 루타일 TiO₂ 나노로드(NR)를 p-Si 위에 형성한 것으로, paper_063의 능동적 보호/광학층이다 (see Andoshe et al., J. Mater. Chem. A (2016)). NR의 직경은 30–50 nm, 길이는 100–2000 nm이며, 총 두께 약 1.2 µm의 층을 형성한다. 루타일 상(phase)은 XRD로 확인되었다 (see Andoshe et al., J. Mater. Chem. A (2016), Fig. S₂).

세 가지 협력적 역할

1. 촉매 — NR 표면의 –OH / H₂O 기가 HER을 촉매한다 (see Andoshe et al., J. Mater. Chem. A (2016), Fig. S₃); NR은 순소비 없이 HER 표면에서 순환하므로 catalyst 하위 유형에 해당한다.
2. 패시베이션 — Si의 광부식을 방지한다 (>52 h 안정; 순수 Pt/p-Si는 수 분 내에 열화됨, see Andoshe et al., J. Mater. Chem. A (2016), Fig. 5).
3. 반사방지 — 밀도 구배가 반사율을 37.5%에서 1.4%로 억제한다 (see graded-refractive-index-antireflection and antireflective-reflectance).

전도성 / 전하 전달

합성 직후의 결함성/비화학양론적 상(phase)이 핵심적이다: 이는 소결된 화학양론적 상보다 전도성이 높으며, 소결된 상은 직렬 저항 험프(hump)를 유발한다 (인용 문헌 49–50, p. 9481). 전하 전달 저항 R_ct(TiO₂) = 346 Ω cm² (NR) 대 505.97 Ω cm² (5 nm 시드층), Pt 적용 시 51.96 Ω cm²로 감소 (see Andoshe et al., J. Mater. Chem. A (2016), Table 1).

메커니즘적 유사성 (아직 contradicts 엣지 아님): 합성 직후 TiO₂ 전도성에 대한 산소 공공/Ti³⁺ 이론적 근거는 적철석(hematite)의 oxygen-vacancy-conductivity-enhancement (paper_022)와 유사하다. 해당 논문은 이를 문헌 49–50을 통해서만 인용하며, Kröger–Vink 분석은 제시되지 않는다.

Pt-TiO₂-NR-Si-photocathode 소자에 통합되어 있다. 그라디드 필름 대신 기하학적 구조로 반사방지를 구현한 관련 Si HER 광음극: silicon-nanowire-photocathode (paper_025); 전사된 TMD를 이용한 경우: n-MoS₂-p-Si-photocathode (paper_061).