Highly Efficient Sunlight‐Driven Seawater Splitting in a Photoelectrochemical Cell with Chlorine Evolved at Nanostructured WO3 Photoanode and Hydrogen Stored as Hydride within Metallic Cathode

材料科学 分解水 三氧化钨 光电化学电池 阴极 化学工程 可逆氢电极 辅助电极 法拉第效率 氢化物 电极 无机化学 阳极 电解质 金属 工作电极 光催化 催化作用 化学 工程类 物理化学 有机化学 冶金
作者
Michał J. Jadwiszczak,Katarzyna Jakubów-Piotrowska,P. Kędzierzawski,Krzysztof Bieńkowski,Jan Augustyński
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:10 (3) 被引量:70
标识
DOI:10.1002/aenm.201903213
摘要

Abstract A seawater splitting photoelectrochemical cell featuring a nanostructured tungsten trioxide photoanode that exhibits very high and stable photocurrents producing chlorine with average 70% Faradaic efficiency is described. Fabrication of the WO 3 electrodes on fluorine‐doped tin oxide substrates involves a simple solution‐based method and sequential layer‐by‐layer deposition with a progressively adjusted amount of structure‐directing agent in the precursor and a two‐step annealing. Such a procedure allows tailoring of thick, highly porous, structurally stable WO 3 films with a large internal photoactive surface area optimizing utilization of visible light wavelengths by the photoanode. With the application of an anodic potential of 0.76 V versus Ag/AgCl reference electrode (0.4 V below the thermodynamic Cl 2 /Cl − potential) in synthetic seawater, the designed WO 3 photoanodes irradiated with simulated 1 sun AM 1.5G light reach currents exceeding 4.5 mA cm −2 . Photocurrents close to 5 mA cm −2 are attained in the case of fresh water splitting using 1 m methane–sulfonic acid supporting electrolyte with oxygen evolved at the WO 3 photoanode. The amount of formed hydrogen is determined by discharging the palladium sheet electrode employed as a cathode. Collection of hydrogen in the form of a hydride opens, more generally, the prospect of subsequently using such materials as anodes in batteries employing oxygen reduction cathodes.
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