Highly Efficient and Stable Molecular-Based TiO2 Photoanodes for Photoelectrochemical Water Splitting Achieved by Pyridyl Anchoring Technique

锚固 分解水 材料科学 光电化学 光电化学电池 催化作用 电化学 纳米技术 化学 化学工程 光催化 电极 光电子学 物理化学 有机化学 电解质 结构工程 工程类
作者
Xin Yan,Ken Sakai,Hironobu Ozawa
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:13 (20): 13456-13465 被引量:30
标识
DOI:10.1021/acscatal.3c03136
摘要

Photoelectrochemical overall water splitting by semiconductor electrodes modified with functional molecules has attracted considerable attention in recent years. Various kinds of molecular-based photoanodes consisting of a semiconductor thin film modified with both a photosensitizer (PS) and a water oxidation catalyst (WOC) have been developed thus far, and overall water splitting is achieved by using such a molecular-based photoanode and a Pt cathode. Nevertheless, due to the desorption of a PS and/or a WOC from the semiconductor surfaces, almost all the reported molecular-based photoanodes lose their photoelectrocatalytic activity within an hour. Thus, there is a strong demand to greatly improve the long-term stability of the molecular-based photoanodes toward practical applications. Here, we demonstrate the effectiveness of the "pyridyl anchoring technique" developed by us, leading to the long-term stability of our molecular-based photoanodes owing to the high strength of the Ti–N (pyridyl) bonding. A molecular-based TiO2 photoanode modified with both a polypyridyl ruthenium PS, [Ru(dpbpy)2(qpy)]2+ (dpbpy = 4,4′-diphenyl-2,2′-bipyridine, qpy = 4,4′:2′,2″:4″,4‴-quaterpyridine) (Ru-qpy), and a Ru(bda)-type WOC, Ru(bda)(4,4′-bpy)2 (bda = 2,2′-bipyridine-6,6′-dicarboxylic acid, 4,4′-bpy = 4,4′-bipyridine) (Ru(bda)-py) by our technique promotes water oxidation with an almost quantitative Faradaic efficiency (94 ± 6%) at the applied potential of 0.05 V versus SCE over 3 h under solar light irradiation (λ > 410 nm). Moreover, a photoelectrochemical cell (PEC) consisting of this molecular-based photoanode and a Pt cathode promotes overall water splitting only by giving an extra bias of 0.4 V. Our PEC achieves the second highest solar-to-hydrogen (STH) conversion efficiency (0.07%) among such applied bias-compensating PECs, successfully demonstrating the usefulness of the stable anchoring of molecular components in order to fabricate highly efficient PECs for solar water splitting.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
mawen完成签到 ,获得积分10
1秒前
粗心的飞槐完成签到,获得积分10
3秒前
干净绿真发布了新的文献求助10
3秒前
3秒前
3秒前
4秒前
xiaozhangzi完成签到,获得积分10
4秒前
Ttttsyu完成签到,获得积分10
4秒前
nn完成签到,获得积分10
4秒前
许三问给许三问的求助进行了留言
5秒前
Liu完成签到,获得积分10
5秒前
无奈世立发布了新的文献求助10
5秒前
ww完成签到,获得积分10
5秒前
木牛牛马发布了新的文献求助10
6秒前
6秒前
7秒前
7秒前
7秒前
7秒前
星辰大海应助爱听歌丹南采纳,获得10
8秒前
TARS完成签到,获得积分10
9秒前
wwwwt发布了新的文献求助10
10秒前
Kemmy完成签到,获得积分10
10秒前
明天见完成签到 ,获得积分10
10秒前
12秒前
qiyr完成签到,获得积分10
12秒前
王文茹发布了新的文献求助10
12秒前
zxq发布了新的文献求助10
12秒前
12秒前
JamesPei应助赵怼怼采纳,获得10
13秒前
zyq完成签到 ,获得积分10
13秒前
调皮语雪发布了新的文献求助10
14秒前
虚幻又蓝完成签到,获得积分10
14秒前
田様应助肉肉采纳,获得10
14秒前
清爽的莆完成签到 ,获得积分10
14秒前
starlx0813完成签到 ,获得积分10
14秒前
赘婿应助刘老哥6采纳,获得10
15秒前
ZoraZeng发布了新的文献求助80
15秒前
15秒前
15秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
The Organometallic Chemistry of the Transition Metals 800
Chemistry and Physics of Carbon Volume 18 800
The Organometallic Chemistry of the Transition Metals 800
The formation of Australian attitudes towards China, 1918-1941 640
Signals, Systems, and Signal Processing 610
全相对论原子结构与含时波包动力学的理论研究--清华大学 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 物理 内科学 复合材料 催化作用 物理化学 光电子学 电极 细胞生物学 基因 无机化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6441653
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8255602
关于积分的说明 17578411
捐赠科研通 5500401
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2900282
邀请新用户注册赠送积分活动 1877135
关于科研通互助平台的介绍 1717082