Electrolyte-assisted polarization leading to enhanced charge separation and solar-to-hydrogen conversion efficiency of seawater splitting

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作者
Yiyang Li,Hui Zhou,Songhua Cai,D. Prabhakaran,Wentian Niu,Alexander I. Large,Georg Held,Robert A. Taylor,Xin‐Ping Wu,Shik Chi Edman Tsang
出处
期刊:Nature Catalysis [Nature Portfolio]
卷期号:7 (1): 77-88 被引量:89
标识
DOI:10.1038/s41929-023-01069-1
摘要

Abstract Photocatalytic splitting of seawater for hydrogen evolution has attracted a great deal of attention in recent years. However, the poor energy conversion efficiency and stability of photocatalysts in a salty environment have greatly hindered further applications of this technology. Moreover, the effects of electrolytes in seawater remain controversial. Here we present electrolyte-assisted charge polarization over an N-doped TiO 2 photocatalyst, which demonstrates the stoichiometric evolution of H 2 and O 2 from the thermo-assisted photocatalytic splitting of seawater. Our extensive characterizations and computational studies show that ionic species in seawater can selectively adsorb on photo-polarized facets of the opposite charge, which can prolong the charge-carrier lifetime by a factor of five, leading to an overall energy conversion efficiency of 15.9 ± 0.4% at 270 °C. Using a light-concentrated furnace, a steady hydrogen evolution rate of 40 mmol g −1 h −1 is demonstrated, which is of the same order of magnitude as laboratory-scale electrolysers.
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