Bias‐Free Solar Upcycling of Nitrate and Glycerol with Highly Efficient and Durable Organic Semiconductor‐Based Photoelectrodes

材料科学 光电流 电催化剂 催化作用 分解水 纳米技术 太阳能燃料 半导体 化学工程 法拉第效率 光催化 电解质 电极 电化学 光电子学 有机化学 化学 工程类 物理化学
作者
Yejoon Kim,Jee Hyeon Kim,Eun-Kyu Lee,Sanseong Lee,Yoonsung Jung,Yoonsun Jang,Inhyeok Oh,Jun Beom Hwang,J. Lee,Kwanghee Lee,Hyunseob Lim,Sanghan Lee,Sanghan Lee,Sanghan Lee
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:37 (45): e07698-e07698
标识
DOI:10.1002/adma.202507698
摘要

The sustainable management of biodiesel byproducts, nitrate (NO3 -) and glycerol, remains a critical environmental challenge, disrupting global nitrogen and carbon cycles. Addressing this issue from a materials science perspective, a bias-free photoelectrochemical (PEC) upcycling system based on the integration of functional energy materials is presented. A nickel-iron-phosphorus (Ni-Fe-P) electrocatalyst exhibits synergistic bi-functional activity for selective NO3 - reduction and glycerol oxidation, driven by the redox dynamics of Ni and Fe and electronic modulation by phosphorus incorporation. Through a metal-foil encapsulation strategy, the catalyst is integrated with organic semiconductor (OS)-based photoanodes and photocathodes, forming a highly efficient OS-based PEC system capable of stable operation under continuous solar illumination. The individual photoelectrodes demonstrate photocurrent densities of +15.7 and-14.8 mA cm-2 under AM 1.5G conditions, while exhibiting remarkable stability with over 96% of initial performance retained after 60 h. To enable bias-free solar upcycling, a dual-photoelectrode PEC configuration is constructed, delivering a high reaction current of 11.04 mA cm-2 along with >95% Faradaic efficiencies and excellent selectivity for both ammonia (NH3) and formic acid (FA) production. This work underscores the potential of materials-driven PEC platforms for selective solar chemical upcycling.
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