Earth-Abundant Molecular Z-Scheme Photoelectrochemical Cell for Overall Water-Splitting

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作者
Christopher D. Windle,Hiromu Kumagai,Masanobu Higashi,Romain Brisse,Sébastian Bold,Bruno Jousselme,Murielle Chavarot‐Kerlidou,Kazuhiko Maeda,Ryu Abe,Osamu Ishitani,Vincent Artero
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:141 (24): 9593-9602 被引量:80
标识
DOI:10.1021/jacs.9b02521
摘要

A push-pull organic dye and a cobaloxime catalyst were successfully cografted on NiO and CuGaO2 to form efficient molecular photocathodes for H2 production with >80% Faradaic efficiency. CuGaO2 is emerging as a more effective p-type semiconductor in photoelectrochemical cells and yields a photocathode with 4-fold higher photocurrent densities and 400 mV more positive onset photocurrent potential compared to the one based on NiO. Such an optimized CuGaO2 photocathode was combined with a TaON|CoO x photoanode in a photoelectrochemical cell. Operated in this Z-scheme configuration, the two photoelectrodes produced H2 and O2 from water with 87% and 88% Faradaic efficiency, respectively, at pH 7 under visible light and in the absence of an applied bias, equating to a solar to hydrogen conversion efficiency of 5.4 × 10-3%. This is, to the best of our knowledge, the highest efficiency reported so far for a molecular-based noble metal-free water splitting Z-scheme.
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