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Reduction of Ln2Ti2O7 Layered Perovskites: A Survey of the Anionic Lattice, Electronic Features, and Potentials

Authors :
Hiroshi Kageyama
Silviu Colis
Tanguy Pussacq
Hervé Vezin
Sébastien Saitzek
Olivier Mentré
Olivier Gardoll
Cédric Tassel
Christel Laberty Robert
Houria Kabbour
Unité de Catalyse et Chimie du Solide - UMR 8181 (UCCS)
Centrale Lille Institut (CLIL)-Université d'Artois (UA)-Centrale Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Lille
Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg (IPCMS)
Université de Strasbourg (UNISTRA)-Matériaux et nanosciences d'Alsace (FMNGE)
Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Réseau nanophotonique et optique
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)
Laboratoire Avancé de Spectroscopie pour les Intéractions la Réactivité et l'Environnement - UMR 8516 (LASIRE)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centrale Lille Institut (CLIL)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Lille
Kyoto University [Kyoto]
Matériaux Hybrides et Nanomatériaux (MHN)
Laboratoire de Chimie de la Matière Condensée de Paris (LCMCP)
Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Collège de France (CdF (institution))-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Collège de France (CdF (institution))-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
ANR-12-JS08-0012,ANION-CO,Anion Blended Materials Conception(2012)
Université d'Artois (UA)-Centrale Lille-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Université de Strasbourg (UNISTRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Matériaux et Nanosciences Grand-Est (MNGE)
Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Réseau nanophotonique et optique
Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Kyoto University
ENSCL
Université de Lille
CNRS
Centrale Lille
Univ. Artois
Unité de Catalyse et de Chimie du Solide (UCCS) - UMR 8181
Laboratoire de Spectrochimie et Raman (LASIR) - UMR 8516
Unité de Catalyse et Chimie du Solide - UMR 8181 [UCCS]
Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg [IPCMS]
Laboratoire Avancé de Spectroscopie pour les Intéractions la Réactivité et l'Environnement - UMR 8516 [LASIRE]
Université de Strasbourg (UNISTRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Matériaux et nanosciences d'Alsace (FMNGE)
Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Réseau nanophotonique et optique
Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centrale Lille Institut (CLIL)
Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Collège de France (CdF (institution))-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Collège de France (CdF (institution))-Institut de Chimie du CNRS (INC)
Source :
Chemistry of Materials, Chemistry of Materials, American Chemical Society, 2017, 29 (3), pp.1047-1057. ⟨10.1021/acs.chemmater.6b03808⟩, Chemistry of Materials, 2017, 29 (3), pp.1047-1057. ⟨10.1021/acs.chemmater.6b03808⟩
Publication Year :
2017
Publisher :
American Chemical Society (ACS), 2017.

Abstract

International audience; The reduction of the layered perovskites Ln2Ti2O7 (LnTO, with lanthanide Ln = La, Pr, or Nd) was studied with the aim of shifting the ultraviolet (UV) photocalytic activity for water splitting in the visible range by Ti3+ donor doping. For all phases, after reduction by CaH2, the absorbance is extended beyond the UV–visible region, giving rise to a gaplike edge in the mid-infrared at ∼0.4 eV with a dark coloration of the samples. When the precursor with Ln = La was reduced under a high-temperature H2 flow, we found a progressive nanotexturation down to 300 nm, which is responsible for a degree of Ti3+ segregation at the surface. Magnetic measurements, thermal analysis, and powder neutron diffraction reveal that the samples reduced by both routes have a similar amount of anion vacancy with δ = 0.27 (in La2Ti2O7−δ). It represents a limited topotactic reduction stage, prior to the reconstructive reduction into La5Ti3.8+5O17 observed under more severe reducing conditions. For the sample reduced by CaH2, a minor amount of hydride appears to be incorporated (∼0.02 H per FU), with Ti3+···H– bonding observed by hyperfine sublevel correlation spectroscopy electron paramagnetic resonance and density functional theory calculations. Preliminary electrocatalysis tests show a promising anodic activity for water splitting hydrogen evolution with a voltage onset as low as 0.6 V versus the reversible hydrogen electrode.

Details

ISSN :
15205002 and 08974756
Volume :
29
Database :
OpenAIRE
Journal :
Chemistry of Materials
Accession number :
edsair.doi.dedup.....8d7cdd167ac754c152eab462d3687242