La reacción fotoelectroquímica (PEC) de división general del agua (OWS) se ha desarrollado completamente en la última década, especialmente en nuevos catalizadores, métodos de caracterización y mecanismos de reacción. En comparación con la reacción de desprendimiento de hidrógeno (HER), la reacción de desprendimiento de oxígeno (OER) se considera el cuello de botella de OWS debido a su cinética lenta.
Para reducir el consumo de sesgo de los fotoánodos, se han desarrollado una serie de semirreacciones alternativas a REA, como reacciones de oxidación de alcoholes, urea y amoníaco. El objetivo final de la fotoquímica es fabricar una celda PEC imparcial de dos electrodos eficiente.
Sin embargo, la mayoría de los estudios anteriores sólo se han centrado en las propiedades del electrodo de trabajo en la celda de tres electrodos, mientras que la polarización en el contraelectrodo se ha ignorado en gran medida. El mecanismo sinérgico entre las semirreacciones de oxidación anódica y reducción catódica aún no está claro.
Recientemente, el grupo del profesor Yuchao Zhang propuso un método experimental para medir la distribución de polarización en una celda PEC de dos electrodos, estudiando sistemáticamente la distribución de polarización entre fotoánodos representativos y cátodos de Pt en células PEC OWS. Por primera vez, demostraron que la semirreacción REA no siempre es el factor limitante de la velocidad del OWS, y que el consumo de polarización de los electrodos depende del fotovoltaje del fotoánodo y del nivel de Fermi del cátodo.
El estudio se publica en la revista National Science Review. .
Estudios adicionales utilizando Ni/n-Si como fotoánodo modelo demostraron que la distribución del sesgo en la reacción general se puede ajustar eficazmente ajustando el pH del electrolito y las semirreacciones acopladas. En consecuencia, propusieron un descriptor para evaluar la compatibilidad entre varias semirreacciones, lo que señaló un método general para diseñar una celda de reacción global de PEC eficiente.
Inspirándose en esto, fabricaron una celda PEC imparcial que consta únicamente de un fotoánodo de Ni/n-Si y un cátodo de Pt con una fotocorriente de 5,3 ± 0,2 mA cm −2 . .
Más información: Kun Dang et al, Distribución y regulación del sesgo en células fotoelectroquímicas que dividen el agua en general, National Science Review (2024). DOI:10.1093/nsr/nwae053
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