La reazione fotoelettrochimica (PEC) complessiva di scissione dell'acqua (OWS) è stata pienamente sviluppata negli ultimi dieci anni, soprattutto in nuovi catalizzatori, metodi di caratterizzazione e meccanismi di reazione. Rispetto alla reazione di evoluzione dell'idrogeno (HER), la reazione di evoluzione dell'ossigeno (OER) è considerata il collo di bottiglia di OWS a causa della sua cinetica lenta.
Per ridurre il consumo di polarizzazione dei fotoanodi, sono state sviluppate una serie di semireazioni alternative OER, come reazioni di ossidazione di alcoli, urea e ammoniaca. L'obiettivo finale della fotochimica è fabbricare un'efficiente cella PEC imparziale a due elettrodi.
Tuttavia, la maggior parte degli studi precedenti si erano concentrati solo sulle proprietà dell’elettrodo di lavoro nella cella a tre elettrodi, mentre la polarizzazione sul controelettrodo era stata ampiamente ignorata. Il meccanismo sinergico tra le semireazioni di ossidazione anodica e di riduzione catodica non è ancora chiaro.
Recentemente, il gruppo del professor Yuchao Zhang ha proposto un metodo sperimentale per misurare la distribuzione del bias in una cella PEC a due elettrodi, studiando sistematicamente la distribuzione del bias tra fotoanodi rappresentativi e catodi di Pt nelle celle PEC OWS. Per la prima volta, hanno dimostrato che la semireazione OER non è sempre il fattore limitante della velocità dell'OWS e che il consumo di polarizzazione degli elettrodi dipende dalla fototensione del fotoanodo e dal livello di Fermi del catodo.
Lo studio è pubblicato sulla rivista National Science Review .
Ulteriori studi utilizzando Ni/n-Si come fotoanodo modello hanno dimostrato che la distribuzione del bias nella reazione complessiva può essere regolata efficacemente regolando il pH dell'elettrolita e le semireazioni accoppiate. Di conseguenza, hanno proposto un descrittore per valutare la compatibilità tra varie semireazioni, che indicava un metodo generale per progettare una cella di reazione complessiva PEC efficiente.
Ispirandosi a ciò, hanno fabbricato una cella PEC imparziale composta solo da un fotoanodo Ni/n-Si e un catodo Pt con una fotocorrente di 5,3 ± 0,2 mA cm −2 .
Ulteriori informazioni: Kun Dang et al, Distribuzione e regolazione del bias nelle celle fotoelettrochimiche che dividono l'acqua, National Science Review (2024). DOI:10.1093/nsr/nwae053
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