Interfacial Electrostatic Interaction Overcomes Backward Electron Transfer without CrO x -Based Core–Shell Cocatalyst for Efficient Z-Scheme Water Splitting

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作者
Ren Itagaki,Akinobu Nakada,Hajime Suzuki,Osamu Tomita,Ryu Abe
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:148 (12): 12481-12485
标识
DOI:10.1021/jacs.5c23111
摘要

Z-scheme water splitting with a redox mediator, which transports electrons from an H2- to an O2-evolving photocatalyst, has been widely studied to achieve efficient overall water splitting. However, backward electron transfer with the redox mediator is an intrinsic drawback of Z-scheme water splitting, because it interrupts the desired H2 and O2 evolution. Although a CrOx shell coating on metal cocatalysts on an H2-evolving photocatalyst is widely used to block backward electron transfer, this strategy relies on potentially toxic chromium species of which elution is possible under the photocatalytic operation. Herein, we demonstrate a chromium-free approach that suppresses backward electron transfer by manipulating electrostatic interactions at the photocatalyst–mediator interface. The designed charge-switchable cobalt complex serves as a superior mediator that selectively suppresses backward electron transfer from a positively charged H2-evolving photocatalyst without using a CrOx shell, leading to efficient Z-scheme water splitting with an apparent quantum yield of 7.2%.
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