Covalent Immobilization of a Molecular Catalyst on Cu<sub>2</sub>O Photocathodes for CO<sub>2</sub> Reduction

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作者
Marcel Schreier,Jingshan Luo,Peng Gao,Thomas Moehl,Matthew T. Mayer,Michael Grätzel
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:138 (6): 1938-1946 被引量:232
标识
DOI:10.1021/jacs.5b12157
摘要

Sunlight-driven CO2 reduction is a promising way to close the anthropogenic carbon cycle. Integrating light harvester and electrocatalyst functions into a single photoelectrode, which converts solar energy and CO2 directly into reduced carbon species, is under extensive investigation. The immobilization of rhenium-containing CO2 reduction catalysts on the surface of a protected Cu2O-based photocathode allows for the design of a photofunctional unit combining the advantages of molecular catalysts with inorganic photoabsorbers. To achieve large current densities, a nanostructured TiO2 scaffold, processed at low temperature, was deposited on the surface of protected Cu2O photocathodes. This led to a 40-fold enhancement of the catalytic photocurrent as compared to planar devices, resulting in the sunlight-driven evolution of CO at large current densities and with high selectivity. Potentiodynamic and spectroelectrochemical measurements point toward a similar mechanism for the catalyst in the bound and unbound form, whereas no significant production of CO was observed from the scaffold in the absence of a molecular catalyst.

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