Den fotoelektrokemiska (PEC) övergripande vattenuppdelningsreaktionen (OWS) har utvecklats fullt ut under det senaste decenniet, särskilt i nya katalysatorer, karakteriseringsmetoder och reaktionsmekanismer. Jämfört med väteutvecklingsreaktionen (HER) anses syreutvecklingsreaktionen (OER) vara flaskhalsen för OWS på grund av dess tröga kinetik.
För att minska biasförbrukningen av fotoanoder har en serie OER-alternativa halvreaktioner utvecklats, såsom alkoholer, urea och ammoniakoxidationsreaktioner. Det slutliga målet med fotokemi är att tillverka en effektiv opartisk PEC-cell med två elektroder.
De flesta tidigare studier har dock bara fokuserat på egenskaperna hos arbetselektroden i treelektrodcellen, medan polarisationen på motelektroden i stort sett ignorerades. Den synergistiska mekanismen mellan anodisk oxidation och katodreduktionshalvreaktioner är fortfarande oklar.
Nyligen föreslog professor Yuchao Zhangs grupp en experimentell metod för att mäta förspänningsfördelningen i en PEC-cell med två elektroder, genom att systematiskt studera förspänningsfördelningen mellan representativa fotoanoder och Pt-katoder i PEC OWS-celler. För första gången visade de att OER-halvreaktionen inte alltid är den hastighetsbegränsande faktorn för OWS, och förspänningsförbrukningen för elektroder beror på fotoanodens fotospänning och katodens Fermi-nivå.
Studien är publicerad i tidskriften National Science Review .
Ytterligare studier genom att använda Ni/n-Si som modellfotoanod visade att biasfördelningen i den totala reaktionen effektivt kan justeras genom att justera elektrolytens pH och kopplade halvreaktioner. Följaktligen föreslog de en deskriptor för att utvärdera kompatibiliteten mellan olika halvreaktioner, som pekade ut en allmän metod för att designa en effektiv PEC-övergripande reaktionscell.
Inspirerade av detta tillverkade de en opartisk PEC-cell som endast bestod av en Ni/n-Si-fotoanod och en Pt-katod med en fotoström på 5,3 ± 0,2 mA cm −2 .
Mer information: Kun Dang et al, Bias distribution and Regulation in photoelectrochemical total water-splitting cells, National Science Review (2024). DOI:10.1093/nsr/nwae053
Tillhandahålls av Science China Press
