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用于水相光电化学 CO2 还原生成甲酸盐和合成气的高效 Cu2O 光阴极
Journal of the American Chemical Society ( IF 14.4 ) Pub Date : 2023-12-13 , DOI: 10.1021/jacs.3c06146 Meng Xia 1 , Linfeng Pan 1 , Yongpeng Liu 2 , Jing Gao 1 , Jun Li 1 , Mounir Mensi 3 , Kevin Sivula 2 , Shaik M Zakeeruddin 1 , Dan Ren 1, 4 , Michael Grätzel 1
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光电化学二氧化碳还原(PEC–CO 2 R)是利用太阳能生产可再生燃料和化学品的一种有前景的方法。然而,即使要获得适度的太阳能到燃料(STF)转换效率,通常也需要使用昂贵的半导体和贵金属催化剂。在此,我们通过简单的光电化学沉积方法提出了一种用Sn/SnO x催化剂修饰的Cu 2 O/Ga 2 O 3 /TiO 2光阴极。在AM 1.5 G 光照下,KHCO 3电解质水溶液中的CO 2 R 半电池STF 效率达到约0.31%。该系统能够高效生产合成气(FE:∼62%,CO/H 2 ≈ 1:2)和甲酸盐(FE:∼38%),并且在+0.34至-0.16 V vs 的宽电位范围内具有一致的选择性。可逆氢电极。我们将观察到的性能归因于我们的 Cu 2 O 异质结构和 PEC-CO 2 R 反应中采用的高效 Sn/SnO x催化剂的有利光电特性。通过全面的实验研究,我们阐明了 Cu 2 O 埋入式 p-n 结在产生高光电压(∼1 V)和实现有效的体电荷分离(高达 ∼70% 效率)方面不可或缺的作用。同时,我们发现沉积的Sn/SnO x催化剂对PEC器件的整体性能具有关键的双重影响,既充当活性CO 2 R催化剂又充当半导体前接触。 它可以通过建立无障碍欧姆接触来促进催化剂和CO 2 R半导体器件之间的界面电子转移。
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