Rate law analysis of water oxidation on a hematite surface.
Rate law analysis of water oxidation on a hematite surface.
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DOI：
10.1021/jacs.5b02576
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发表时间：
2015-05-27
影响因子：
15
通讯作者：
Durrant JR
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Le Formal F;Pastor E;Tilley SD;Mesa CA;Pendlebury SR;Grätzel M;Durrant JR
水氧化是一个关键的化学反应，是生物光合作用和人工太阳能燃料合成策略的核心。尽管最近的进展的天然催化位点的结构，和无机催化剂的功能，确定这种多氧化还原反应的机理细节仍然是一个重大的挑战。我们在此报告的速率法分析的顺序的水氧化作为一个功能的表面空穴密度的赤铁矿光阳极采用光诱导吸收光谱。我们的研究揭示了从一个缓慢的过渡，一级反应在低累积的空穴密度到一个更快的，三级机制，一旦表面空穴密度是足够的，使最近的邻居金属原子的氧化。因此，这项研究为赤铁矿对水氧化的多孔催化提供了直接证据，并证明了实现这一目标所需的空穴积累水平，从而为反应机制和增强功能的策略提供了关键见解。
Water oxidation is a key chemical reaction, central to both biological photosynthesis and artificial solar fuel synthesis strategies. Despite recent progress on the structure of the natural catalytic site, and on inorganic catalyst function, determining the mechanistic details of this multiredox reaction remains a significant challenge. We report herein a rate law analysis of the order of water oxidation as a function of surface hole density on a hematite photoanode employing photoinduced absorption spectroscopy. Our study reveals a transition from a slow, first order reaction at low accumulated hole density to a faster, third order mechanism once the surface hole density is sufficient to enable the oxidation of nearest neighbor metal atoms. This study thus provides direct evidence for the multihole catalysis of water oxidation by hematite, and demonstrates the hole accumulation level required to achieve this, leading to key insights both for reaction mechanism and strategies to enhance function.
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