Photocurrent density (PEC, hematite photoanode)
광전류 밀도 (PEC, 헤마타이트 광양극)
헤마타이트 광양극의 1.6 V vs RHE에서의 광전류 밀도 J (mA cm⁻²); 수산화 반응의 핵심 PEC 성능 지표. AM 1.5G 조명(100 mW cm⁻², 300 W Xe 램프), 1 M NaOH (pH 13.6), 3전극 셀 (Ag/AgCl 기준전극, Pt 대전극) 조건에서 측정됨 (see Yang et al., Phys. Chem. Chem. Phys. (2013), PDF pp. 4–5).
교차 출처 표 (현재 paper_022만 해당):
| 샘플 | J @ 1.6 V vs RHE | 출처 |
|---|---|---|
| 일반 소결 비도핑 | 0.1 mA cm⁻² | Fig. 5a |
| 비도핑, pO₂ = 5×10⁻³ Torr | 1.14 mA cm⁻² | Fig. 5 |
| 0.7 at.% Sn, pO₂ 제어 | 1.20 mA cm⁻² | Fig. 6 |
| 0.1 at.% Sn @ pO₂ = 5×10⁻⁵ Torr (최고) | 1.21 mA cm⁻² | Fig. 6 |
모든 값은 Yang et al., Phys. Chem. Chem. Phys. (2013), PDF pp. 4–5, Figs. 5–6 참조. 최저 개시 전압: 0.76 V vs RHE (pO₂ = 5×10⁻⁵ Torr에서의 비도핑; PDF p. 5, Fig. 7). 이 향상은 oxygen-vacancy-doped-hematite 내 oxygen-vacancy-conductivity-enhancement에 의해 유도됨.
paper_033 — 계층적 전철산화물 광양극 (J @ 1.40 V vs RHE, AM 1.5G, 1 M NaOH):
| 샘플 | J @ 1.40 V vs RHE | 개시 전압 | 출처 |
|---|---|---|---|
| ti-doped-hematite-nanorod (DH) | 1.43 mA cm⁻² | 0.88 V | Fig. 3a |
| + 비도핑 하부층 (U/DH) | 1.64 mA cm⁻² | 0.84 V | Fig. 3a |
| + beta-FeOOH-OER-catalyst (U/DH/A, 20 min) → hierarchical-iron-oxide-photoanode | 1.83 mA cm⁻² | 0.84 V | Fig. 3a |
모든 paper_033 값은 Yang et al., J. Mater. Chem. A (2014), p. 5, Fig. 3a 참조.
전압 주의사항: paper_022는 최고 성능을 1.6 V vs RHE (1.21 mA cm⁻²)에서 보고하고, paper_033은 1.40 V vs RHE (1.83 mA cm⁻²)에서 보고함 — 전극 구조와 측정 전압이 모두 다르므로 두 결과를 직접 순위로 비교할 수 없음. 마찬가지로 paper_022의 최저 개시 전압 0.76 V (비도핑 + 저 pO₂)와 paper_033의 0.84 V (U/DH)는 서로 다른 최적화 방향을 반영함.
반응 방향 참고: 이 값은 양극성 수산화 광전류임 (광양극, +1.6 V / +1.40 V vs RHE). Si 광음극의 음극성 HER 광전류에 대해서는 photoelectrochemical-current-density (paper_025) 참조; 두 값은 직접 비교 불가.
paper_059 — Li-ZnO 강유전체 NW 광양극 (3전극, 0.5 M Na₂SO₄, AM 1.5G 100 mW cm⁻², 조촉매/감광제 없음, 암전류 < 0.01 mA cm⁻²); 폴링 방향에 따라 값이 달라짐 (see Lee et al., J. Mater. Chem. A (2016), Fig. 3a):
| 폴링 | Jph @ 1.23 V vs RHE |
|---|---|
| 양(positive) | 0.50 mA cm⁻² |
| 비폴링(unpoled) | 0.44 mA cm⁻² |
| 음(negative) | ~0.30 mA cm⁻² |
⚠ 주의사항: UV 전용 흡수 (밴드갭 3.2 eV); 양극성 OER 반반응; Li-ZnO-ferroelectric-PEC-electrode는 재료, 전해질(Na₂SO₄ vs NaOH), 측정 전압(1.23 V vs RHE) 측면에서 위의 헤마타이트 행과 다름 — 직접 순위 비교 불가. 폴링 이득은 ferroelectric-polarization-charge-separation에 의해 유도됨.
paper_065 — MnO 조촉매 헤마타이트 나노로드 광양극 (AM 1.5G, 1 sun, 1 M NaOH, @ 1.23 V vs RHE 특기 없는 경우):
| 샘플 | J @ 1.23 V vs RHE | 출처 |
|---|---|---|
| 순수 Fe₂O₃ 나노로드 | 1.21 mA cm⁻² | Fig. 2b |
| MnO-loaded-hematite-photoanode | 2.06 mA cm⁻² (+60%) | Fig. 2b |
| MnO/Fe₂O₃ @ 1.7 V vs RHE | 4.17 mA cm⁻² | Fig. 2b |
| CoPi/Fe₂O₃ | 1.23 V에서 MnO와 유사 | Fig. 2b |
모든 paper_065 값은 Gurudayal et al., Adv. Mater. Interfaces (2016), Fig. 2b 참조. ⚠ 1.23 V vs RHE에서 보고됨 — 위의 paper_022 (1.6 V) 및 paper_033 (1.40 V)과 인가 전압이 다름; 표 간 순위 비교 불가. MnO의 이득은 정공 전하 이동 속도 상수 향상에서 비롯됨 (see OER-cocatalyst-role-discrimination-IMPS). 참고: 본 문서의 순수 Fe₂O₃ 1.21 mA cm⁻² @ 1.23 V와 paper_022의 1.21 mA cm⁻² @ 1.6 V는 수치는 우연히 동일하나 인가 전압이 다름 — paper_065 나노로드 기준선이 단위 전압당 활성이 더 높음.
paper_111 — 리간드 공학적 MnO / BiVO₄/WO₃ 캐스케이드 광양극 (AM 1.5G, 0.5 M 인산염 + 0.1 M Na₂SO₃ 정공 포획제, @ 1.23 V vs RHE):
| 샘플 | J @ 1.23 V vs RHE | 출처 |
|---|---|---|
| 나형 BiVO₄-WO₃-heterojunction-photoanode (기존, ref. [4]) | ~4.55 mA cm⁻² | context |
| Ca–EDTA-MnO / BiVO₄ / WO₃ | ~2.5 mA cm⁻² | Fig. 3c |
| BF₄-MnO-BiVO₄-WO₃-photoanode | 6.25 mA cm⁻² | Fig. 3c |
모든 paper_111 값은 Lee et al., Adv. Sci. (2018), Fig. 3c 참조. BF₄→6.25 대 Ca–EDTA→2.5의 전환은 ligand-dipole-band-edge-tuning에 의해 유도됨 (MnO VBM이 BiVO₄ 위에 위치하면 정공 이동이 내리막 방향이 됨; cascade-photoanode-band-alignment).
⚠ 정공 포획제 존재 — 정공 포획제 없는 행과 순위 비교 불가. paper_111의 모든 값은 0.1 M Na₂SO₃ 정공 포획제를 포함하는 조건임; 위의 paper_065 MnO/Fe₂O₃ 행 (1 M NaOH에서 2.06 mA cm⁻² @1.23 V)은 정공 포획제 없음. 재료(BiVO₄/WO₃ vs Fe₂O₃), 전해질, 포획제 조건이 모두 다름 — 상호 순위 비교 불가. 우연히도 paper_111은 BiVO₄/WO₃의 E_fb ~0.3 V vs RHE를, paper_065는 Fe₂O₃의 동일한 ~0.3 V vs RHE를 보고하나 (모두 Mott–Schottky, 1 kHz, 암조건); 재료가 다르므로 이 일치는 모순이 아님.