Enhanced solar water oxidation and unassisted water splitting using graphite-protected bulk heterojunction organic photoactive layers

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作者
Mátyás Dabóczi,Flurin Eisner,Joel Luke,Shi Wei Yuan,Noof Al Lawati,Maoqing Zhi,Mengya Yang,Jolanda Simone Müller,Katherine Stewart,Ji‐Seon Kim,Jenny Nelson,Salvador Eslava
出处
期刊:Nature Energy [Nature Portfolio]
卷期号:10 (5): 581-591 被引量:18
标识
DOI:10.1038/s41560-025-01736-6
摘要

Abstract Polymer donors and non-fullerene acceptors have played an important role as photoactive materials in the development of high-efficiency organic solar cells and have immense potential in devices for direct solar hydrogen generation. However, their use in direct solar water-splitting devices has been limited by their instability in aqueous environment and recombination losses at the interface with catalysts. Here we report anodes containing PM6:D18:L8-BO photoactive layers reaching high solar water oxidation photocurrent density over 25 mA cm −2 at +1.23 V versus reversible hydrogen electrode and days-long operational stability. This was achieved by integrating the organic photoactive layer with a graphite sheet functionalized with earth-abundant NiFeOOH water oxidation catalyst, which provides both water resistance and electrical connection between the catalyst and the photoactive layer without any losses. Using monolithic tandem anodes containing organic PM6:D18:L8-BO and PTQ10:GS-ISO photoactive layers, we achieve a solar-to-hydrogen efficiency of 5%. These results pave the way towards high-efficiency, stable and unassisted solar hydrogen generation by low-cost organic photoactive materials.
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