L’équipe s’est concentrée sur un oxyde métallique spécifique appelé hématite (α-Fe2O3), qui est abondant, stable et peu coûteux, ce qui en fait un matériau attrayant pour la division photoélectrochimique de l’eau. Cependant, les performances de l'hématite ont été limitées par sa courte longueur de diffusion des porteurs, ce qui signifie que les porteurs de charge photogénérés se recombinent rapidement avant d'atteindre la surface de l'électrode, réduisant ainsi l'efficacité.
Pour relever ce défi, les chercheurs ont utilisé un traitement de surface unique impliquant le dépôt de couche atomique (ALD) d'une fine couche d'oxyde de gallium (Ga2O3) sur la photoélectrode en hématite. Ce traitement a fondamentalement modifié les propriétés de surface et la dynamique des porteurs de l'hématite, prolongeant ainsi efficacement la longueur de diffusion des porteurs.
Les résultats ont été remarquables. La photoélectrode en hématite traitée a démontré une densité de photocourant presque six fois supérieure, ce qui représente une augmentation significative de sa capacité à diviser efficacement l’eau. Cette amélioration a été attribuée à l’amélioration de la séparation et du transport des porteurs de charge, ainsi qu’à l’absorption accrue de la lumière résultant de la couche de Ga2O3.
Les chercheurs ont ensuite analysé les mécanismes à l’origine de ces performances améliorées à l’aide de techniques de caractérisation avancées et de modélisation théorique. Ils ont acquis des connaissances sur la structure de la bande électronique, la dynamique des porteurs de charge et les propriétés interfaciales, ce qui a fourni des conseils précieux pour optimiser les conditions de traitement et concevoir des photoélectrodes encore plus efficaces.
En manipulant la chimie de surface et en exploitant les effets synergiques entre l'hématite et le Ga2O3, cette étude offre une voie prometteuse pour améliorer les performances des photoélectrodes à oxyde métallique pour la division de l'eau solaire. Les résultats contribuent aux efforts en cours visant à développer des technologies solaires-carburant rentables et évolutives, offrant l’espoir d’un avenir durable et neutre en carbone.
