Hydrogel protection strategy to stabilize water-splitting photoelectrodes

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作者
Jeiwan Tan,Byungjun Kang,Kyungmin Kim,Donyoung Kang,Hyungsoo Lee,Sunihl Ma,Gyumin Jang,Hyungsuk Lee,Jooho Moon
出处
期刊:Nature Energy [Nature Portfolio]
卷期号:7 (6): 537-547 被引量:150
标识
DOI:10.1038/s41560-022-01042-5
摘要

Photoelectrochemical water splitting is an attractive solar-to-hydrogen pathway. However, the lifetime of photoelectrochemical devices is hampered by severe photocorrosion of semiconductors and instability of co-catalysts. Here we report a strategy for stabilizing photoelectrochemical devices that use a polyacrylamide hydrogel as a highly permeable and transparent device-on-top protector. A hydrogel-protected Sb2Se3 photocathode exhibits stability over 100 h, maintaining ~70% of the initial photocurrent, and the degradation rate gradually decreases to the saturation level. The structural stability of a Pt/TiO2/Sb2Se3 photocathode remains unchanged beyond this duration, and effective bubble escape is ensured through the micro gas tunnel formed in the hydrogel to achieve a mechanically stable protector. We demonstrate the versatility of the device-on-top hydrogel protector under a wide electrolyte pH range and by using a SnS photocathode and a BiVO4 photoanode with ~500 h of lifetime.
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