Integration of functional modules in a unified photoelectrochemical device for highly efficient solar-driven cathodic metal protection

阴极保护 模块化设计 材料科学 图层(电子) 金属 腐蚀 太阳能转换 太阳能 光电效应 光电子学 纳米技术 计算机科学 冶金 电化学 电气工程 化学 电极 物理化学 工程类 操作系统
作者
Hui Xie,Zhijun Wang,Guangyao Nie,Yuchen Fang,Weihua Li,Shihe Yang,Fa‐Qian Liu,Zheng Xing
出处
期刊:Applied Catalysis B-environmental [Elsevier]
卷期号:355: 124164-124164 被引量:4
标识
DOI:10.1016/j.apcatb.2024.124164
摘要

The ever-increasing energy consumption stimulated the development of various solar energy conversion systems. Photocathodic protection (PCP), emerges as a promising photoelectrochemical technology to alleviate metal corrosion, but the centralization of all core reaction steps on one photoelectric-conversion-unit induces extremely low energy conversion efficiencies. Herein, a proof-of-concept modular PCP device incorporating electron transport layer (ETL), photoelectric conversion layer (PCL), hole transport layer (HTL) and hole consumption layer (HCL) is fabricated to delocalize the key reaction steps for the first time. Such a unified ETL/PCL/HTL/HCL architecture facilitates the efficient extraction of photoexcited electrons from the small-gap PCL to the protected metal through ETL, and holes to HCL for water oxidization through HTL. The directional "macroscopic" charge migration, prolonged charge lifetime and accelerated water oxidation lead to significantly improved PCP effectiveness in simulated seawater. Our findings provide a groundbreaking PCP design, allowing fine-tuning individual functional modules and inter-modular interfaces to vastly elevate performance.

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