Photoelectrochemical Water Oxidation and Longevous Photoelectric Conversion by a Photosystem II Electrode

材料科学 光系统II 电极 人工光合作用 光电流 光化学 光电化学电池 化学工程 光电子学 光合作用 光催化 化学 电解质 催化作用 生物化学 工程类 物理化学
作者
Wenjie Tian,Huayang Zhang,Jane Sibbons,Hongqi Sun,Hao Wang,Shaobin Wang
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:11 (30) 被引量:16
标识
DOI:10.1002/aenm.202100911
摘要

Abstract The immobilization of natural photosystem II (PSII) enzyme onto an artificial electrode offers an ingenious and promising avenue for semiartificial solar energy conversion. However, this process is significantly limited by the poor stability and the short life of PSII. Here, a new prototype of a semiartificial system is reported by anchoring PSII on polyethylenimine‐coated macroporous carbon electrode with a high load. Good electronic communication is established at the biointerface of this PSII electrode, enabling excellent photoelectrochemical (PEC) water oxidation and lasting electricity generation. The maximum turnover number of 10 200 ± 1380 mol O 2 per mol PSII dimer is obtained in this system at around 10 h before complete deactivation, reaching high current‐to‐O 2 conversion efficiencies. The functions of PSII to release O 2 both in light and dark conditions as well as for H 2 O 2 formation are revealed. Under periodic irradiation (AM 1.5G 1 sun), this PSII electrode allows for stable mediated photocurrent output of ≈4.31 µA cm −2 after five days, which represents the most stable photoelectric performance achieved so far for PSII‐related electrodes.
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