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科学新知:2021 Nat. Commun., O-BP 电催化剂如何保护 MAPbI3 钙钛矿并达成高稳定?

  Nature Communications (IF 14.919) 于2021年11月刊登韩国国立蔚山科学技术研究院 (UNIST) Ji-Wook Jang、Dongrak Oh 等人的研究成果。研究团队结合氧化巴基纸和钙钛矿光电阴极,制作出无辅助太阳能装置,并生产过氧化氢。

  过氧化氢 (H2O2) 是一种相当具有前景的环保型氧化剂,其能量密度与压缩 H2 的能量密度相当。目前 H2O2 生产策略主要为蒽醌氧化过程,需仰赖大量的能量和有机化学品。另一种简单且环保的方法,是以光催化剂为基础,将 O2 还原为 H2O2。然而,太阳能到 H2O2 的转换效率却受到两个因素的限制,包含光电极的低性能、电催化剂的低选择性与稳定性。在此研究中,研究团队选用氧化的巴基纸 (oxidised buckypaper, O-BP) 作为电催化剂,成功以 Field 金属 (Field’s metal, FM) 钝化高性能 MAPbI3 钙钛矿 (PSK) 光电阴极。通过 FM 连接的 O-BP 电催化剂有效地保护了 PSK,并防止水渗透。

solar hydrogen peroxide (H2O2) production system Quantum Efficiency

  研究团队使用太阳光模拟器对光伏特性进行分析,并搭配量子效率测量系统进行光谱分析。同时,也对太阳光模拟器下的短路电流,进行Jsc (short-circuit current density) 的比对,以证明实验的真确性。研究结果显示,在定期供应新鲜电解液的条件下,O-BP 电催化剂的 H2O2 生产选择性接近 100%,且在 100 h 内具有良好的稳定性。此外,研究团队使用包含 O-BP/FM/PSK 光电阴极和 a-NiFeOx 阳极的双电极系统展示了无辅助的太阳能 H2O2 生产,其太阳能制氢 (solar-to-chemical (H2O2) conversion efficiency, SCC) 为 ~1.463%;该系统在 1-sun 光照下稳定 45 h,具有 100% 的 H2O2 生产选择性。研究团队也进一步说明,透过优化PSK、ETL、HTL和电催化剂,可以提高整个系统的 SCC(%) 和稳定性。

Carbon materials performance characterisation Quantum Efficiency

碳材料性能:表征和氧还原。

Perovskite photocathode O-BP ORR IPCE

O-BP 结合 PSK 光电阴极:表征和 ORR 活性。

Solar H2O2 production photocathode system Quantum Efficiency
整合光电阴极系统的无辅助太阳能 H2O2 生产。

关键词: 钙钛矿、Perovskite、过氧化氢、 H<sub>2</sub>O<sub>2</sub>、oxidised buckypaper、SCC、量子效率 、Quantum Efficiency

原文:https://www.nature.com/articles/s41467-021-26832-5

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