High‐Rate, Tunable Syngas Production with Artificial Photosynthetic Cells

合成气 人工光合作用 催化作用 材料科学 电化学 化学 化学工程 光化学 光催化 物理化学 电极 有机化学 工程类
作者
Hongwen Zhang,Jintao Ming,Jiwu Zhao,Quan Gu,Chao Xu,Zhengxin Ding,Rusheng Yuan,Zizhong Zhang,Huaxiang Lin,Xuxu Wang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:58 (23): 7718-7722 被引量:73
标识
DOI:10.1002/anie.201902361
摘要

Abstract An artificial photosynthetic (APS) system consisting of a photoanodic semiconductor that harvests solar photons to split H 2 O, a Ni‐SNG cathodic catalyst for the dark reaction of CO 2 reduction in a CO 2 ‐saturated NaHCO 3 solution, and a proton‐conducting membrane enabled syngas production from CO 2 and H 2 O with solar‐to‐syngas energy‐conversion efficiency of up to 13.6 %. The syngas CO/H 2 ratio was tunable between 1:2 and 5:1. Integration of the APS system with photovoltaic cells led to an impressive overall quantum efficiency of 6.29 % for syngas production. The largest turnover frequency of 529.5 h −1 was recorded with a photoanodic N‐TiO 2 nanorod array for highly stable CO production. The CO‐evolution rate reached a maximum of 154.9 mmol g −1 h −1 in the dark compartment of the APS cell. Scanning electrochemical–atomic force microscopy showed the localization of electrons on the single‐nickel‐atom sites of the Ni‐SNG catalyst, thus confirming that the multielectron reduction of CO 2 to CO was kinetically favored.

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