Forspændingsfordeling og regulering i fotoelektrokemiske overordnede vandspaltede celler

Den fotoelektrokemiske (PEC) overordnede vandspaltningsreaktion (OWS) er blevet fuldt udviklet i det sidste årti, især i nye katalysatorer, karakteriseringsmetoder og reaktionsmekanismer. Sammenlignet med hydrogenudviklingsreaktionen (HER) anses oxygenudviklingsreaktionen (OER) for at være flaskehalsen for OWS på grund af dens træge kinetik.

For at reducere biasforbruget af fotoanoder er der udviklet en række alternative OER-halvreaktioner, såsom alkoholer, urinstof og ammoniakoxidationsreaktioner. Det ultimative mål med fotokemi er at fremstille en effektiv to-elektrode upartisk PEC-celle.

De fleste tidligere undersøgelser har dog kun fokuseret på egenskaberne af arbejdselektroden i tre-elektrodecellen, mens polariseringen på modelektroden stort set blev ignoreret. Den synergistiske mekanisme mellem anodisk oxidation og katodisk reduktion halvreaktioner er stadig uklar.

For nylig foreslog professor Yuchao Zhangs gruppe en eksperimentel metode til at måle biasfordelingen i en to-elektrode PEC-celle, ved systematisk at studere biasfordelingen mellem repræsentative fotoanoder og Pt-katoder i PEC OWS-celler. For første gang viste de, at OER-halvreaktionen ikke altid er den hastighedsbegrænsende faktor for OWS, og biasforbruget af elektroder afhænger af fotoanodens fotospænding og katodens Fermi-niveau.

Undersøgelsen er publiceret i tidsskriftet National Science Review .

Yderligere undersøgelser ved at bruge Ni/n-Si som modelfotoanode viste, at biasfordelingen i den samlede reaktion effektivt kan justeres ved at justere elektrolyttens pH og koblede halvreaktioner. Derfor foreslog de en deskriptor til at evaluere kompatibiliteten mellem forskellige halvreaktioner, som pegede på en generel metode til at designe en effektiv PEC overordnet reaktionscelle.

Inspireret af dette fremstillede de en upartisk PEC-celle, der kun bestod af en Ni/n-Si-fotoanode og en Pt-katode med en fotostrøm på 5,3 ± 0,2 mA cm ⁻² .

Flere oplysninger: Kun Dang et al., Bias distribution and regulation in photoelectrochemical overal water-spalting celler, National Science Review (2024). DOI:10.1093/nsr/nwae053

Leveret af Science China Press