通过钴离子抑制羟基自由基提高WO3/SnO2光阳极在强酸中的稳定性(英文)

作者：石小兵; 吴千宝; 崔春华^*

来源：Science China-Materials, 2023, 66(02): 614-622.

酸性环境中光电化学水分解具有广阔的应用前景,但由于缺乏稳定的光阳极以及有效的非贵金属助催化剂,其发展受到了极大的阻碍. WO3是能够在酸性环境下稳定的半导体之一,但其在光照下的快速性能衰减仍然是一个悬而未决的问题.本研究提出WO3和WO3/SnO2光阳极光电流的快速下降是因为电极/电解质界面上产生的羟基自由基(OH·)导致的.我们发现在pH为0.3的电解质中引入钴(Co2+)离子可以有效解决这个问题. Co2+的存在可以促进H2O高效氧化为O2,而不是产生不利的OH·自由基.最终在Co2+存在条件下,可以将光电分解水的法拉第效率从40%提高到95%,将光电流密度从0.6提高到0.8 mA cm-2,并在1.2 V (可逆氢电极)下稳定25 h.重要的是,在利用维生素C淬灭OH·自由基以后,其光电流稳定性表现出与引入Co2+离子时一致,进一步表明Co2+离子对于OH·的关键抑制作用.此外,原位紫外-可见光谱和拉曼光谱表明Co2+会捕获表面空穴并被氧化为Co3+.电子顺磁共振也进一步揭示了Co2+离子对OH·自由基的抑制作用.本研究为均相的Co2+/Co3+氧化还原物种与光阳极结合用于强酸中的水氧化提供了参考.

• 单位
  电子科技大学