研究目的
在赤铁矿（α-Fe2O3）光阳极中引入氧空位并掺杂锡元素，以提高其导电性及太阳能水氧化的光电化学性能。
研究成果
该研究成功采用简单的石墨基退火法，在锡掺杂赤铁矿中引入氧空位，从而提升电导率、降低电荷转移电阻，并改善太阳能水氧化的光电化学性能，光电流密度最高可提高70%。氧空位同时提高了电荷传输和表面电荷分离效率。该策略行之有效，且可推广至其他氧化物光阳极。
研究不足
氧空位对光电流密度的提升在高锡掺杂水平下效果较不明显。该方法未经优化可能不适用于所有光阳极，且FTO基底的导电性会随退火温度或时间的增加而下降。
1：实验设计与方法选择：
本研究采用石墨上的一锅退火法为赤铁矿纳米棒阵列引入局部还原气氛，从而形成氧空位并掺杂锡元素，并与在SiO2粉末上退火的情况进行对比。
2：样品选择与数据来源：
通过水热合成和退火在FTO基底上制备赤铁矿光阳极。所用材料包括FTO玻璃、尿素、六水合三氯化铁、SiO2和石墨。
3：实验设备与材料清单：
设备包括马弗炉、石英管式炉、CHI 660C电化学工作站、氙弧灯、扫描电子显微镜（FEI Sirion 200）、高分辨透射电子显微镜（FEI Tecnai G2 F30）、X射线衍射仪（PANalytical B.V. Empyrean）、X射线光电子能谱仪（Thermo Fisher ESCALab250）、拉曼光谱仪（WITec Alpha300）以及同步热分析仪（NETZSCH STA449F3）。材料详见论文。
4：0）、高分辨透射电子显微镜（FEI Tecnai G2 F30）、X射线衍射仪（PANalytical B.V. Empyrean）、X射线光电子能谱仪（Thermo Fisher ESCALab250）、拉曼光谱仪（WITec Alpha300）以及同步热分析仪（NETZSCH STA449F3）。材料详见论文。 实验步骤与操作流程：
4. 实验步骤与操作流程：在FTO上水热生长FeOOH纳米棒，退火转化为赤铁矿，随后在石墨或SiO2上进行高温（如770°C，20分钟）退火。光电化学测试在三电极体系中进行，电解液为1 M NaOH。
5：数据分析方法：
数据分析包括线性扫描伏安法、电化学阻抗谱、Mott-Schottky曲线、XPS、拉曼光谱和紫外-可见吸收光谱，用于评估光电流、施主密度、电荷转移电阻及材料特性。
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获取完整内容-
SEM
Sirion 200
FEI
Used for characterizing the morphology of hematite samples.
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HRTEM
Tecnai G2 F30
FEI
Used for high-resolution transmission electron microscopy to analyze microstructure.
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XRD
Empyrean
PANalytical B.V.
Used for X-ray diffraction to confirm crystal structure of samples.
-
XPS
ESCALab250
Thermo Fisher
Used for X-ray photoelectron spectroscopy to analyze surface compositions.
-
Raman spectrometer
Alpha300
WITec
Used for Raman spectroscopy to detect oxygen vacancies.
-
FTO glass
14 Ω per square
Wuhan Geao Science and Education Instruments Co., Ltd.
Used as conductive substrates for hematite photoanodes.
-
Simultaneous thermal analyzer
STA449F3
NETZSCH
Used for thermo-gravimetric analysis of graphite.
-
Electrochemical workstation
CHI 660C
ChenHua
Used for photoelectrochemical and electrochemical measurements.
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Xe arc lamp
150 W
Used as a light source for simulated sunlight.
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Autoclave
Used for hydrothermal synthesis of FeOOH nanorods.
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Muffle furnace
Used for annealing FeOOH to hematite at 550°C for 2 h.
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Quartz tube furnace
Used for high-temperature annealing on graphite or SiO2.
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