Photoelectrochemical CO2 Reduction to CO Enabled by a Molecular Catalyst Attached to High-Surface-Area Porous Silicon

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作者
Xiaofan Jia,Eleanor Stewart-Jones,Jose L. Alvarez-Hernandez,Gabriella P. Bein,Jillian L. Dempsey,Carrie L. Donley,Nilay Hazari,Madison N. Houck,Min Li,James M. Mayer,Hannah S. Nedzbala,R.M. Powers
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (12): 7998-8004 被引量:1
标识
DOI:10.1021/jacs.3c10837
摘要

A high-surface-area p-type porous Si photocathode containing a covalently immobilized molecular Re catalyst is highly selective for the photoelectrochemical conversion of CO2 to CO. It gives Faradaic efficiencies of up to 90% for CO at potentials of −1.7 V (versus ferrocenium/ferrocene) under 1 sun illumination in an acetonitrile solution containing phenol. The photovoltage is approximately 300 mV based on comparisons with similar n-type porous Si cathodes in the dark. Using an estimate of the equilibrium potential for CO2 reduction to CO under optimized reaction conditions, photoelectrolysis was performed at a small overpotential, and the onset of electrocatalysis in cyclic voltammograms occurred at a modest underpotential. The porous Si photoelectrode is more stable and selective for CO production than the photoelectrode generated by attaching the same Re catalyst to a planar Si wafer. Further, facile characterization of the porous Si-based photoelectrodes using transmission mode FTIR spectroscopy leads to highly reproducible catalytic performance.
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