Poly‐4,7‐Di‐2‐Thienyl‐2,1,3‐Benzothiadiazole Photocathode for Efficient Photoelectrochemical Hydrogen Peroxide Synthesis

光电阴极 过氧化氢 光电化学电池 光化学 化学 材料科学 光电化学 电化学 有机化学 物理化学 电子 物理 电极 量子力学 电解质
作者
Qingbo Chang,Wenhui Miao,Xuefei Zhao,Weicheng Zhou,Haibo Chi,Zhendong Feng,Panwang Zhou,Jingying Shi,Can Li
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:21 (30): e2501593-e2501593 被引量:6
标识
DOI:10.1002/smll.202501593
摘要

Abstract Photocatalytic/photoelectrochemcial oxygen reduction reaction (ORR) in an aqueous solution offers a promising way for green hydrogen peroxide (H2O2) synthesis. Lots of photocatalysts/photoelectrocatalysts with high activity have been demonstrated up to now. However, the resulting H2O2 concentrations remain low (typically below 10 mmol L−1), posing a significant challenge for effective accumulation. Here, it is reported that poly‐4,7‐Di‐2‐thienyl‐2,1,3‐benzothiadiazole (denoted as pS‐DBT) photocathode, an organic donor‐acceptor‐donor (D‐A‐D) based polymeric semiconductor with wide visible light response (bandgap ≈1.7 eV), generates 2e− selectivity beyond 90% with moderate PEC ORR activity in alkaline solution. Impressively, it enables sustained synthesis and accumulation of H2O2 up to 123 mmol L−1 (≈0.4 wt. %) at 0.65 V versus RHE under simulated visible light (100 mW cm−2, λ ≥ 420 nm) for 13 h, which is 20% higher than the previously state‐of‐the‐art polyterthiophene (pTTh) photocathode. This improvement for the pS‐DBT is ascribed to a 37% lower decomposition rate regardless of a 20% lower production rate in comparison with those for the pTTh. This work demonstrates a key avenue to enhance steady‐state H2O2 concentration by inhibiting parasitic loss of H2O2 due to further reduction reaction during the production process.
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