揭秘光电催化全解水反应池的秘密。电压如何影响调控？

2024-03-19 生活常识关注公众号

中国科学院化学研究所章宇超研究员团队通过实验测量两电极光电化学池中偏压分布，首次提出OER不一定是全解水反应的决速步，电极所消耗偏压的大小取决于光电化学池中光阳极的光电压和阴极的费米能级。他们的研究揭示了设计高效全反应光电化学池的方法，并构建了一个仅由Ni/n-Si光阳极和Pt电阴极组成的无偏压光电化学池，在模拟太阳光照射下其光电流达到5.3 ± 0.2mA cm −2。

近十年以来，光电化学全解水反应得到了充分发展，特别是在新型催化剂、表征方法和反应机理方面取得了令人印象深刻的成就。与析氢反应（HER）相比，析氧反应（OER）由于其动力学缓慢而被认为是全解水反应的瓶颈。为了降低阳极偏压，研究人员开发了一系列OER替代反应，包括醇、尿素和氨的氧化等半反应。光电化学的最终目标是构建高效的两电极无偏压电解池。然而，以往的绝大部分研究只关注三电极体系中工作电极的性质，却在很大程度上忽视了对电极上的极化行为。阳极氧化和阴极还原半反应之间的协同作用机制尚不明确。

最近，中国科学院化学研究所章宇超研究员团队提出了一种通过实验测量两电极光电化学池中偏压分布的方法，系统研究了光电化学全解水反应中四种具有代表性的光阳极和Pt阴极之间的偏压分布。

电压分布概念图

光电化学全解水反应池中阴阳极的偏压分布犹如天平的两个托盘，支点便是短路电势

该研究首次提出OER不总是全解水反应的决速步，电极所消耗偏压的大小取决于光电化学池中光阳极的光电压和阴极的费米能级。以Ni/n-Si为模型光阳极的进一步研究表明，通过调节电解液pH和耦合其他半反应均可影响全反应中的电压分布。在此基础上，他们提出了一个用于评估各种半反应之间匹配程度的描述符并绘制了其与短路电势的火山形曲线，揭示了设计高效全反应光电化学池的方法。进一步，他们构建了一个仅由Ni/n-Si光阳极和Pt电阴极组成的无偏压光电化学池，在模拟太阳光照射下其光电流达到5.3 ± 0.2 mA cm

−2。

电压分布测量装置示意图和典型的光电化学全解水反应池中的电压分布性质

(a) 电压分布测量装置示意图。(b–e) 具有不同光阳极的光电化学全解水反应池的电压分布行为和 (f) 相应的活化路径。

该成果于近日在线发表在《国家科学评论》上，论文第一为博士生党昆和刘思勤，通讯为章宇超研究员。

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生活常识 11.10

享受夏日甜蜜，莲藕抓紧时机，美味又健康

我国莲藕种类繁多，口味多样。炸藕盒、莲藕排骨汤等是人们常食之物。其营养价值高，含碳水化合物、膳食纤维、蛋白质、维生素C和矿物质钾等。因其富含不溶性膳食纤维和较高的钾含量，故不宜将其作为主食食用。尽管如此，其富含的维生素C仍对人体有益。不过，烹饪会影响其维生素C的保留率。

生活常识 11.10

学生回归田园，体验劳动之乐：从学校走向生活的深度思考

生活常识 11.10

探寻未解的死谜：19年前生下的‘死’孩子，至今仍在我心中徘徊

叫来了当地的产科医生，经过一系列检查后，医生告诉我孩子已经因难产而死亡。当我听到这个消息的时候，感到非常的震惊和失望。我对孩子的父亲充满了愤怒和不满，他认为自己并没有做任何对不起她的事情。尽管他的行为可能会给孩子们带来痛苦和伤害，但我相信他们的精神依然存在。我也决定离开这个人渣，开始新的生活。

生活常识 11.10

重新审视：究竟网上的价格是不是太高了？希望灵魂砍价继续推动我们找到性价比最优的选择

多地检测项目价格差异悬殊国家医保局发声：检查检验降价应对关切各地纷纷调整检查检验项目价格国家医保局通报各地检查检验项目最新降价情况我国全面推行医疗服务价格规范治理多家省份跟进，相继降过该项目价格部分地区以最高限价调低项目价格此举有助于减轻民众医疗费用负担

生活常识 11.10

打假人称某品铺子酸辣粉配料表造假，有什么危害？

配料表造假的酸辣粉产品引起广泛关注，市场监管部门已介入调查，目前尚无明确结论。此事涉及企业法律责任以及潜在危害。食品生产企业如出现此类情况，可能导致品牌受损、经济损失甚至刑事处罚。同时，公众应遵守相关法规，拒绝购买或食用假冒伪劣产品。

生活常识 11.10