Solar-driven liquid multi-carbon fuel production using a standalone perovskite–BiVO4 artificial leaf

串联 钙钛矿(结构) 碳纤维 太阳能燃料 材料科学 甲醇 人工光合作用 化学工程 催化作用 纳米技术 光催化 化学 有机化学 复合材料 复合数 工程类
作者
Motiar Rahaman,Virgil Andrei,Demelza Wright,Erwin Lam,Chanon Pornrungroj,Subhajit Bhattacharjee,Christian M. Pichler,Heather F. Greer,Jeremy J. Baumberg,Erwin Reisner
出处
期刊:Nature Energy [Springer Nature]
卷期号:8 (6): 629-638 被引量:44
标识
DOI:10.1038/s41560-023-01262-3
摘要

The synthesis of high-energy-density liquid fuels from CO2 and H2O powered by sunlight has the potential to create a circular economy. Despite the progress in producing simple gaseous products, the construction of unassisted photoelectrochemical devices for liquid multi-carbon production remains a major challenge. Here we assembled artificial leaf devices by integrating an oxide-derived Cu94Pd6 electrocatalyst with perovskite–BiVO4 tandem light absorbers that couple CO2 reduction with water oxidation. The wired Cu94Pd6|perovskite–BiVO4 tandem device provides a Faradaic efficiency of ~7.5% for multi-carbon alcohols (~1:1 ethanol and n-propanol), whereas the wireless standalone device produces ~1 µmol cm−2 alcohols after 20 h unassisted operation under air mass 1.5 G irradiation with a rate of ~40 µmol h−1 gCu94Pd6−1. This study demonstrates the direct production of multi-carbon liquid fuels from CO2 over an artificial leaf and, therefore, brings us a step closer to using sunlight to generate value-added complex products. Photoelectrochemical CO2 reduction to multi-carbon alcohols in standalone devices driven only by sunlight is challenging. Now Rahaman et al. integrate a copper–palladium catalyst in a perovskite–BiVO4 tandem device for solar-driven multi-carbon alcohol production.
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