光电催化还原CO₂是使用太阳能制备可再生能源和化学品的可行方法。但是通常提高太阳能制备燃料的效率需要使用价格比较昂贵的半导体和贵金属催化剂。

有鉴于此，洛桑联邦理工学院Michael Grätzel、西安交通大学任丹等通过简单的光化学沉积方法在 Cu₂O/Ga₂O₃/TiO₂光电极修饰Sn/SnO_x催化剂。该催化剂在KHCO₃溶液体系和模拟太阳能光催化还原CO₂的反应中的的半电池光电效率达到~0.31 %。

主要内容

（1）

当电极电势在较宽的电化学区间（+0.34 V~-0.16 V之间），该光电极能够以不变的选择性生成合成气（FE效率~62 %，CO/H₂≈1:2）和甲酸（FE效率~38 %）。作者将得到的优异光催化活性归结于Cu₂O构筑的异质结具有的独特光电性质以及Sn/SnO_x催化剂作用。

（2）

作者通过详细的实验表征说明，Cu₂O修饰在p-n异质结中从而有助于形成非常高的光电压（~1 V），而且有助于快速高效率的进行电荷分离，体相电荷分离性能达到70 %。

此外，作者发现Sn/SnO_x催化剂对于提高光电器件性能的过程中起到CO₂催化剂和半导体端触点的双重作用，而且通过构筑了无能垒的欧姆接触的方式改善催化剂和半导体器件之间的电子转移。

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Meng Xia, Linfeng Pan, Yongpeng Liu, Jing Gao, Jun Li, Mounir Mensi, Kevin Sivula, Shaik M. Zakeeruddin, Dan Ren*, and Michael Grätzel*, Efficient Cu₂O Photocathodes for Aqueous Photoelectrochemical CO₂ Reduction to Formate and Syngas, J. Am. Chem. Soc. 2023

DOI: 10.1021/jacs.3c06146

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c06146