Surface Reconstructed Ni0.95Pt0.05/Si Photoelectrodes for Bias‐free Hydrogen Evolution Coupled with 5‐hydroxymethylfurfural Oxidation

材料科学 掺杂剂 光电流 光电阴极 制氢 化学工程 能量转换效率 催化作用 表面光电压 纳米技术 兴奋剂 光电子学 化学 有机化学 电子 工程类 物理 量子力学 光谱学
作者
Haoyue Zhang,Shengyang Li,Jing Xu,Changzhou Ru,Jiacheng Yu,Jun Luo,Lixuan Mu,Wensheng Shi,Guangwei She
出处
期刊:Chemistry-an Asian Journal [Wiley]
卷期号:20 (3): e202401284-e202401284 被引量:2
标识
DOI:10.1002/asia.202401284
摘要

Abstract Coupling hydrogen evolution reaction (HER) with biomass valorization using a photoelectrochemical (PEC) system presents a promising approach for effectively converting solar energy to chemical energy. A crucial biomass valorization reaction is the production of value‐added 2,5‐furandicarboxylic acid (FDCA) via 5‐Hydroxymethylfurfural (HMF) oxidation reaction (HMFOR). To achieve efficient FDCA production, we demonstrate an effective photoanode strategy that combines metal silicidation, dopant segregation, and surface reconstruction to create a bimetallic silicide Ni 0.95 Pt 0.05 Si/n‐Si photoanode. The oxide‐free Ni 0.95 Pt 0.05 Si/n‐Si interface prepared by the metal‐silicidation process ensures efficient interfacial charge transport, while dopant segregation enhances the Schottky barrier height and photovoltage, and surface reconstruction dramatically improves the catalytic activity of the photoanode surface. The as‐prepared Ni 0.95 Pt 0.05 Si/n‐Si photoanode exhibited excellent PEC performance for HMFOR with high conversion of HMF (97.2 %) and yield of FDCA (80.3 %) under illumination. Furthermore, by integrating a surface reconstructed Ni 0.95 Pt 0.05 Si/n‐Si photoanode with a Ni 0.95 Pt 0.05 Si/p‐Si photocathode, a dual‐photoelectrode system was constructed capable of simultaneous production of FDCA and H 2 , which achieves high photocurrent density of 5 mA cm −2 at zero bias under illumination. This study offers an auspicious prospect for high cost‐effectiveness conversion from solar energy to industrial monomers.
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