An overview on modelling approaches for photochemical and photoelectrochemical solar fuels processes and technologies

化学物理 化学过程 输运现象 太阳能燃料 纳米技术 化学反应 光催化 化学 材料科学 物理 机械 催化作用 生物化学 有机化学
作者
Gabriele Falciani,Eliodoro Chiavazzo
出处
期刊:Energy Conversion and Management [Elsevier BV]
卷期号:292: 117366-117366 被引量:14
标识
DOI:10.1016/j.enconman.2023.117366
摘要

Photo-electrochemical and photocatalytic technologies are promising solutions for solar fuel production and involve a number of physical and chemical phenomena. We provide an overview of numerical and analytical tools to describe such phenomena occurring at disparate time and space scales within devices such as photo-electrochemical cells and photo-chemical reactors. On one hand, chemical phenomena include photo-induced electron transfer, charge separation, recombination, equilibrium reactions between species in solutions and adsorption reactions. On the other hand, examples of physical phenomena are the transport of chemical species or self-assembling of molecular structures. In this respect, we critically review macroscale continuum models for transport phenomena combined with kinetic descriptions including their possible coupling with models at even lower scales. We specifically focus on atomistic and coarse-grained models able to represent the local environment of the reactive interfaces such as photoelectrodes or supra-molecular assemblies. The critical role of the latter structures on photochemical conversion is highlighted: Therefore, morphological structure of self-assemblies, such as micelles and monolayers, in solution and at the solid–liquid or gas–liquid interfaces are also discussed. Finally, important scientific gaps are identified and possible perspectives for future research outlooked.
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