동종접합 계면 공학

철산화물 계열의 동일 상(phase)만을 하부층과 OER 촉매 양쪽에 사용하여, 반도체/기판 및 반도체/전해질 계면에 동종접합을 형성하는 전략 — 이종 오버레이어(SiOₓ, Ga₂O₃, NbO₂, TiO₂, Co–Pi, IrO₂) 대비 결정 구조 불일치, 결함 밀도, 재결합 센터를 최소화한다 (see Yang et al., J. Mater. Chem. A (2014), p. 2 and Fig. 5).

헤마타이트 PEC 물 산화에 최초로 적용됨 (paper_033): 비도핑 Fe₂O₃가 절연성 하부층으로 기능하여 (전자 역확산 차단, FTO/헤마타이트 결정성 향상) 역할을 하고, beta-FeOOH-OER-catalyst는 OER 전기촉매로 작용하며 — 두 상 모두 α-Fe₂O₃와 에피택셜하게 성장하는 철산화물 상이다. 이종접합 결함의 부재로 재결합 센터 밀도가 낮아지며, 완전한 hierarchical-iron-oxide-photoanode는 나노로드 어레이 단독 대비 ~40 mV의 음극 방향 개시 전압 이동과 ~20%의 광전류 향상을 달성한다.

이 메커니즘은 헤마타이트를 위한 paper_022의 제어 수단을 보완한다 — oxygen-vacancy-conductivity-enhancement와 two-step-redox-annealing-vacancy-control이 벌크 캐리어/공공을 조절하는 반면, 본 메커니즘은 계면을 조율한다.