산소 공공 도핑 헤마타이트 (α-Fe₂O₃₋ₓ)

two-step-redox-annealing-vacancy-control 공정에 의해 ASP hematite-photoanode로부터 제조된 산소 결핍 α-Fe₂O₃₋ₓ로, 본 연구의 주요 대상이다. 공공 농도는 산화 단계의 산소 분압 pO₂ (5×10⁻⁵ – 150 Torr)에 의해 설정되며, XPS Fe²⁺ 위성 피크 (715.7 eV) 를 통해 동정된다 (see Yang et al., Phys. Chem. Chem. Phys. (2013), PDF pp. 3–4, Fig. 4).

최적 PEC 결과 (see Yang et al., Phys. Chem. Chem. Phys. (2013), PDF pp. 4–5, Figs. 5–6; photocurrent-density-pec에 교차 정리됨):

• pO₂ = 5×10⁻³ Torr 조건의 비도핑 시료 → 1.6 V vs RHE에서 1.14 mA cm⁻².
• pO₂ = 5×10⁻⁵ Torr 조건에서 0.1 at.% Sn과 복합 적용 → 1.21 mA cm⁻² (대표값).
• 최저 개시 전위: 0.76 V vs RHE (비도핑, 최저 pO₂) (PDF p. 5, Fig. 7).

이러한 결과의 기저를 이루는 전도도 향상은 고유 도핑 기반의 oxygen-vacancy-conductivity-enhancement 메커니즘 (Fe²⁺ 폴라론 밀도)에 기인하며, 외인성 Sn 도너와 상승적·부가적으로 작용한다.