Distribuição e regulação de polarização em células fotoeletroquímicas globais de divisão de água
A distribuição de polarização do ânodo e do cátodo na célula de reação geral PEC é como duas bandejas da balança, e o fulcro corresponde ao potencial de curto-circuito da célula PEC. Crédito:Science China Press A reação geral de divisão da água (OWS) fotoeletroquímica (PEC) foi totalmente desenvolvida na última década, especialmente em novos catalisadores, métodos de caracterização e mecanismos de reação. Comparada com a reação de evolução do hidrogênio (HER), a reação de evolução do oxigênio (OER) é considerada o gargalo do OWS devido à sua cinética lenta.
Para reduzir o consumo tendencioso de fotoanodos, uma série de semi-reações alternativas de REA foram desenvolvidas, como reações de oxidação de álcoois, uréia e amônia. O objetivo final da fotoquímica é fabricar uma célula PEC eficiente e imparcial de dois eletrodos.
No entanto, a maioria dos estudos anteriores concentrou-se apenas nas propriedades do eletrodo de trabalho na célula de três eletrodos, enquanto a polarização no contra-eletrodo foi amplamente ignorada. O mecanismo sinérgico entre as semi-reações de oxidação anódica e redução catódica ainda não está claro.
Recentemente, o grupo do professor Yuchao Zhang propôs um método experimental para medir a distribuição de polarização em uma célula PEC de dois eletrodos, estudando sistematicamente a distribuição de polarização entre fotoanodos representativos e cátodos de Pt em células PEC OWS. Pela primeira vez, eles mostraram que a meia-reação OER nem sempre é o fator limitante da taxa do OWS, e o consumo de polarização dos eletrodos depende da fototensão do fotoânodo e do nível de Fermi do cátodo.
a) Esquema das medidas de distribuição de viés. b – e) Distribuição de polarização em células PEC OWS com diferentes fotoanodos e f) vias de ativação de OWS correspondentes. Crédito:Science China Press
O estudo foi publicado na revista National Science Review .
Estudos adicionais usando Ni / n-Si como fotoanodo modelo mostraram que a distribuição de polarização na reação geral pode ser efetivamente ajustada ajustando o pH do eletrólito e meias-reações acopladas. Assim, eles propuseram um descritor para avaliar a compatibilidade entre várias semi-reações, que apontou um método geral para projetar uma célula de reação global PEC eficiente.
Inspirados por isso, eles fabricaram uma célula PEC imparcial consistindo apenas de um fotoânodo de Ni/n-Si e um cátodo de Pt com uma fotocorrente de 5,3 ± 0,2 mA cm
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