Hematite (α-Fe₂O₃) 광양극

광전기화학(PEC) 물 산화를 위한 α-Fe₂O₃ 반도체 박막; 본 논문의 기준 물질. 에어로졸 분무 열분해(ASP)로 400 °C에서 FTO 위에 ~100 nm 두께로 증착되며, Stranski–Krastanov 형태(평행 + 수직 시트)를 나타낸다 (see Yang et al., Phys. Chem. Chem. Phys. (2013), PDF pp. 1–2).

• 기준 전도도 ~10⁻¹⁴ Ω⁻¹cm⁻¹, 소극자 홉핑(Fe³⁺/Fe²⁺ 교환)에 의함.
• ≤560 nm 태양광 흡수; 가전자대 위치가 열역학적으로 물 산화를 허용함.
• 일반 어닐링 광전류: 1.6 V vs RHE에서 0.1 mA cm⁻² (see Yang et al., Phys. Chem. Chem. Phys. (2013), PDF p. 4, Fig. 5a).
• 주요 병목 요인: 짧은 정공 확산 길이, 큰 과전위, 낮은 물 산화 반응 속도 (see Yang et al., Phys. Chem. Chem. Phys. (2013), PDF p. 1).

이 기준 물질로부터 최적화된 산소 결핍 변형체인 oxygen-vacancy-doped-hematite가 two-step-redox-annealing-vacancy-control을 통해 제조된다.

두 번째 역할 — 절연성 동종접합 하부층 (paper_033): hierarchical-iron-oxide-photoanode에서 비도핑 헤마타이트는 광양극 자체로 기능하는 것이 아니라, FTO로부터의 전자 역확산을 차단하는 절연성 하부층으로 작용한다. 동시에 α-Fe₂O₃ ti-doped-hematite-nanorod와의 결정학적 유사성으로 인해 FTO/헤마타이트 계면의 격자 불일치 결함이 제거되며, 이는 homojunction-interface-engineering의 기판 측 계면에 해당한다 (see Yang et al., J. Mater. Chem. A (2014), p. 2).

세 번째 역할 — 수열 합성 나노로드 조촉매 기준 물질 (paper_065): 더 높은 활성을 나타내는 나노로드 변형체(FeCl₃·6H₂O/요소, 수열 100 °C 6 h, 550 °C 2 h + 750 °C 20 min 어닐링; 직경 50–60 nm, 길이 350 nm, FTO 위)는 MnO-loaded-hematite-photoanode의 순수 기준 물질이다: 순수 J 1.21 mA cm⁻² @ 1.23 V vs RHE, 2.25 mA cm⁻² @ 1.7 V vs RHE (AM 1.5G, 1 M NaOH; see Gurudayal et al., Adv. Mater. Interfaces (2016), Fig. 2b). ⚠ 이 1.23 V 기준값은 paper_022의 ASP 값(0.1 mA cm⁻² @ 1.6 V)과 상호 순위 비교가 불가능하다 — 제조 경로 및 인가 전위가 상이함; photocurrent-density-pec 참조.