Tunable multi-electron redox polyoxometalates for decoupled water splitting driven by sunlight

阳光 氧化还原 分解水 电子 材料科学 纳米技术 化学 物理 无机化学 光催化 光学 催化作用 量子力学 生物化学
作者
Liping Cui,Shu Zhang,Yüe Zhao,Xin-Yue Ge,Le Yang,Ke Li,Liubin Feng,Rengui Li,Jiajia Chen
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:16 (1): 3674-3674 被引量:21
标识
DOI:10.1038/s41467-025-58622-8
摘要

It remains a great challenge to explore redox mediators with multi-electron, suitable redox potential, and stable pH buffer ability to simulate the natural solar-to-fuel process. In this work, we present a defect engineering strategy to design soluble multi-electron redox polyoxometalates mediators to construct a photocatalysis-electrolysis relay system to decouple H2 and O2 evolution in solar-driven water splitting. The appropriate use of vanadium atoms to replace tungsten in the Dawson-type phosphotungstate successfully regulated the redox properties of the molecular clusters. Specifically, the single vanadium substitution structure ({P2W17V}) possesses 1-electron redox active and sequential proton-electron transfer behavior, while the tri-vanadium substituted cluster ({P2W15V3}) exhibits 3-electron redox active and cooperative proton electron transfer behavior. Based on the developed multi-electronic redox mediator with pH buffering capacity, suitable redox potential (0.6 V), and fast electron exchange rate, we build a photocatalysis-electrolysis relay water splitting system. This system allows for high capacity of solar energy storage through photocatalytic O2 evolution using BiVO4 photocatalyst and stable H2 production with a high Faraday efficiency of over 98.5% in the electrolysis subsystem.
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