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Exploring the charge carrier dynamics in carbon nanotubes-TiO2 composites for water photooxidation
Indexado
WoS WOS:001242820800001
Scopus SCOPUS_ID:85192806084
DOI 10.1016/J.CATTOD.2024.114789
Año 2024
Tipo artículo de investigación

Citas Totales

Autores Afiliación Chile

Instituciones Chile

% Participación
Internacional

Autores
Afiliación Extranjera

Instituciones
Extranjeras


Abstract



Composite materials consisting of stable metal oxides and functionalized carbonaceous nanomaterials are attractive for application in a range of photocatalytic systems. Carbon nanotubes/titanium dioxide (CNTs/TiO2) composites have been shown to outperform TiO2 in photoelectrochemical applications, which has been attributed to efficient electron extraction from TiO2 by CNTs and subsequent fast electron transport. However, the underlying mechanisms need to be clarified. In this work, we present a systematic study varying the CNTs content and comprehensively analyze the composite structure, morphology, crystallinity, light harvesting properties, and photoelectrochemical charge carrier dynamics. We show that the performance improvement observed for the composites depends in a complex manner on several parameters, including the CNTs content, the thickness of the TiO2 overlayer, the chemical capacitance of CNTs, and the hole transfer efficiency. Using intensity-modulated photocurrent spectroscopy in aqueous electrolyte solution both without and with 0.1 M Na2SO3 as hole capturing agent, we show that electron extraction and transport compete with the hole trapping, recombination, and transfer dynamics at the CNTs/TiO2 and TiO2/electrolyte interfaces. We show that the optimal performance is related to the change in charge extraction mechanism from a trap-limited diffusion scenario in TiO2 to a direct charge extraction in CNTs/TiO2 composite with optimal CNTs content and TiO2 thickness. These insights provide valuable guidance for the design and optimization of CNTs/TiO2 and similar composites for photoelectrochemical applications.

Revista



Revista ISSN
Catalysis Today 0920-5861

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Disciplinas de Investigación



WOS
Engineering, Chemical
Chemistry, Physical
Chemistry, Applied
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Chemistry (All)
Catalysis
SciELO
Sin Disciplinas

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Publicaciones WoS (Ediciones: ISSHP, ISTP, AHCI, SSCI, SCI), Scopus, SciELO Chile.

Colaboración Institucional



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Autores - Afiliación



Ord. Autor Género Institución - País
1 Peón-Díaz, Francisco J. Hombre Universidad de Valparaíso - Chile
Universidad Técnica Federico Santa María - Chile
2 Expósito-Gálvez, Juan Carlos Hombre Univ Pablo de Olavide - España
Universidad Pablo de Olavide, de Sevilla - España
3 SEGURA-DEL RÍO, RODRIGO ALEJANDRO Hombre Universidad de Valparaíso - Chile
4 HENRIQUEZ-AVALOS, Ricardo Andres Hombre Universidad Técnica Federico Santa María - Chile
5 Anta, Juan Hombre Univ Pablo de Olavide - España
Universidad Pablo de Olavide, de Sevilla - España
6 Oskam, Gerko Hombre Univ Pablo de Olavide - España
CINVESTAV IPN - México
Universidad Pablo de Olavide, de Sevilla - España
CINVESTAV Unidad Merida - México

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Financiamiento



Fuente
FONDECYT
FONDEQUIP
Fondo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico
Universidad Técnica Federico Santa María
Ministerio de Ciencia, Innovacion y Universidades
FONDEQUIP Grant
Ministerio de Ciencia, Innovacion y Universidades (Spain)
Ministerio de Universidades
Universidad Pablo de Olavide
Beatriz Galindo Program
Ministerio de Universidades and Universidad Pablo de Olavide
ANID National Doctorate Fellowship
INMALAB
Consejería de Universidad, Investigación e Innovación of the Junta de Andalucía
Universidad Pablo de Olavide, Beatriz Galindo Program
Consejeria de Universidad, Investigacion e Innovacion of the Junta de Andalucia (Spain)
Direccion de Postgrados y Programas, Universidad Tecnica Federico Santa Maria, Chile

Muestra la fuente de financiamiento declarada en la publicación.

Agradecimientos



Agradecimiento
The authors thank the support for the characterization and materials analysis provided by INMALAB (Universidad Pablo de Olavide) . Also, the authors thank the founding sources for this work: ANID National Doctorate Fellowship [212003662] ; Direccion de Postgrados y Programas, Universidad Tecnica Federico Santa Maria, Chile [PIIC 2021, PIIC 2022; Internship Scholarship 2022] (F. Peon) ; Fondequip grant [EQM190179] (R. Segura) ; Fondecyt grant [1231849] (R. Henriquez, R. Segura) .; Consejeria de Universidad, Investigacion e Innovacion of the Junta de Andalucia (Spain) [ProyExcel_00543] ; Ministerio de Ciencia, Innovacion y Universidades (Spain) [Grant PID2022-140061OB-I00] . Ministerio de Universidades and Universidad Pablo de Olavide, Beatriz Galindo Program [BEAGAL 18/00077 and grant BGP 18/00060] (G. Oskam) . Funding for open access publishing: Universidad Pablo de Olavide.
The authors thank the support for the characterization and materials analysis provided by INMALAB (Universidad Pablo de Olavide). Also, the authors thank the founding sources for this work: ANID National Doctorate Fellowship [212003662]; Direcci\u00F3n de Postgrados y Programas, Universidad T\u00E9cnica Federico Santa Mar\u00EDa, Chile [PIIC 2021, PIIC 2022; Internship Scholarship 2022] (F. Pe\u00F3n); Fondequip grant [EQM190179] (R. Segura); Fondecyt grant [1231849] (R. Henr\u00EDquez, R. Segura).; Consejer\u00EDa de Universidad, Investigacio\u0301n e Innovacio\u0301n of the Junta de Andaluc\u00EDa (Spain) [ProyExcel_00543]; Ministerio de Ciencia, Innovaci\u00F3n y Universidades (Spain) [GrantPID2022-140061OB-I00]. Ministerio de Universidades and Universidad Pablo de Olavide, Beatriz Galindo Program [BEAGAL 18/00077 and grant BGP 18/00060] (G. Oskam).
The authors thank the support for the characterization and materials analysis provided by INMALAB (Universidad Pablo de Olavide). Also, the authors thank the founding sources for this work: ANID National Doctorate Fellowship [212003662]; Direcci\u00F3n de Postgrados y Programas, Universidad T\u00E9cnica Federico Santa Mar\u00EDa, Chile [PIIC 2021, PIIC 2022; Internship Scholarship 2022] (F. Pe\u00F3n); Fondequip grant [EQM190179] (R. Segura); Fondecyt grant [1231849] (R. Henr\u00EDquez, R. Segura).; Consejer\u00EDa de Universidad, Investigacio\u0301n e Innovacio\u0301n of the Junta de Andaluc\u00EDa (Spain) [ProyExcel_00543]; Ministerio de Ciencia, Innovaci\u00F3n y Universidades (Spain) [GrantPID2022-140061OB-I00]. Ministerio de Universidades and Universidad Pablo de Olavide, Beatriz Galindo Program [BEAGAL 18/00077 and grant BGP 18/00060] (G. Oskam).

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