复旦郑耿峰AEM: 缺陷辅助电子隧道助力p-Si/n-ZnOv/p-CuxO在低过电位下PEC-CO2RR
复旦郑耿峰AEM: 缺陷辅助电子隧道助力p-Si/n-ZnOv/p-CuxO在低过电位下PEC-CO2RR
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太阳能驱动的光电化学(PEC)CO 2 还原反应(CO 2 RR)是一种有效解决全球变暖的方法，其可以催化CO 2 转化为增值化学品。考虑到乙醇和乙酸等C 2 液体有机物的高值和能量密度， 复旦大学郑耿峰 课题组合理设计和制备了一种具有p-Si/n-ZnO v /p-Cu x O异质结构催化剂，其能够进行高选择性PEC-CO 2 RR转化为乙醇。
在内置电场下的p-n-p能带对齐，导致在n型ZnO v 的导带中限制和积累多个电子；同时，浅层ZnO v 缺陷能级(E ZnOv )允许电子从电子阱中逃逸并到达Cu x O(E CuxO ，0.05V vs RHE)。更重要的是，Cu x O上的隧穿缺陷能级与CO 2 -乙醇还原的能级非常接近，这导致CO 2 能够高效和高选择性还原为乙醇。
结果表明，p-Si/n-ZnO v /p-Cu x O在施加低偏压下对乙醇表现出良好的PEC-CO 2 RR选择性，在0 V RHE 时的法拉第效率(FE)约为60%。相比之下，p-Si/p-Cu x O和p-Si/n-ZnO v 等对照样品需要更高的过电位来克服更大的能垒，因此对甲烷和甲酸盐分别表现出高的CO 2 RR选择性。
该项研究证明了通过能带工程调节电子来增强选择性CO 2 光电化学还原的可能性，这为通过调整能带以设计和制备出高效PEC-CO 2 RR催化剂提供了指导。
Defect-Assisted Electron Tunneling for Photoelectrochemical CO 2 Reduction to Ethanol at Low Overpotentials. Advanced Energy Materials, 2022. DOI:10.1002/aenm.202201134
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