光电化学二氧化碳还原（PEC CO₂R）是利用阳光、水和二氧化碳生产化学品和燃料的一种有效手段；然而，这项技术还处于起步阶段。迄今为止，大多数PEC CO₂R的研究报道只含有一个碳原子产物（C₁产物），但很少证明生产含有两个或多个碳的产物（C₂₊产物），如乙烯、乙醇等。而金属半导体绝缘体（MIS）光电阴极/催化剂结构为这一目的提供了一种有效方法，因为它们集成了光吸收、电荷分离和催化的功能。近日，加利福尼亚大学Alexis T. Bell报道了用于CO₂光电化学还原为乙烯的集成金属-绝缘体-半导体光电阴极的协同设计。

本文要点：

1) 作者研究了Cu/TiO₂/p-Si光电阴极/催化剂结构，目的是确定半导体-绝缘体相互作用对光电阴极性能的影响，以及MIS结构的照射方向对总电流密度和Cu催化剂上形成产物分布的影响。作者还研究了沉积在Cu表面的离聚物涂层对总电流密度和形成产物分布的影响。

2) 作者发现，对于固定电势的Cu，由PEC CO₂R形成的产物分布是相同的，而与照射方向无关，并且与通过CO₂电化学还原（EC CO₂R）获得的产物分布也相同。另一个重要发现是，通过在Cu表面上沉积Sustainion/Nafion双层膜，显著提高了总电流密度和对乙烯的法拉第效率。

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Chanyeon Kim et.al Codesign of an Integrated Metal-Insulator-Semiconductor Photocathode for Photoelectrochemical Reduction of CO₂ to Ethylene EES 2023

DOI: 10.1039/D2EE03525A

https://doi.org/10.1039/D2EE03525A