Long-term solar water and CO2 splitting with photoelectrochemical BiOI–BiVO4 tandems

材料科学 分解水 光电子学 氧化物 催化作用 太阳能燃料 石墨 光催化 串联 纳米技术 化学 复合材料 冶金 生物化学
作者
Virgil Andrei,Robert A. Jagt,Motiar Rahaman,Leonardo Lari,Vlado K. Lazarov,Judith L. MacManus‐Driscoll,Robert L. Z. Hoye,Erwin Reisner
出处
期刊:Nature Materials [Springer Nature]
卷期号:21 (8): 864-868 被引量:41
标识
DOI:10.1038/s41563-022-01262-w
摘要

Photoelectrochemical (PEC) devices have been developed for direct solar fuel production but the limited stability of submerged light absorbers can hamper their commercial prospects.1,2 Here, we demonstrate photocathodes with an operational H2 evolution activity over weeks, by integrating a BiOI light absorber into a robust, oxide-based architecture with a graphite paste conductive encapsulant. In this case, the activity towards proton and CO2 reduction is mainly limited by catalyst degradation. We also introduce multiple-pixel devices as an innovative design principle for PEC systems, displaying superior photocurrents, onset biases and stability over corresponding conventional single-pixel devices. Accordingly, PEC tandem devices comprising multiple-pixel BiOI photocathodes and BiVO4 photoanodes can sustain bias-free water splitting for 240 h, while devices with a Cu92In8 alloy catalyst demonstrate unassisted syngas production from CO2. Photoelectrochemical devices are used for direct solar fuel production, but the stability of light absorbers can hamper their commercial prospects. Integrating a BiOI light absorber into a robust oxide-based architecture with a graphite paste conductive encapsulant results in photocathodes with long-term H2 evolution activity.
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