金属氧化物在操作条件下发生的化学转变限制了它们在人工光合作用中的应用。了解这些化学变化是实现太阳能燃料和化学品可持续生产的先决条件。

有鉴于此，劳伦斯伯克利国家实验室Francesca M. Toma等人，揭示了氧化亚铜(Cu₂O)光电极在反应条件下如何发生变化，从而提出一种保护策略以缓解性能衰减。

本文要点

1）阐明了Cu₂O在各种条件下的光电化学转化机理，强调了周围电解液在确定动力学转化路径中的重要性。与理论预测所一致，发现在光照下，Cu₂O在材料中会同时经历光电子还原和空穴氧化，性能的衰减速率取决于电解质。

2）基于这些机理见解，设计了一种保护方案，即通过使用Ag催化剂加速光生电子的迁移，并使用Z型异质结提取空穴。

3）由此产生的光电阴极在CO₂还原应用中表现出稳定的光电流，乙烯产物的法拉第效率约为60%，且可稳定运行持续数小时；与之相比，而裸Cu₂O光电极在几分钟内就会降解。

总之，该工作开发出的相关方法和保护策略也可扩展到其它光电催化材料中。

参考文献：

Liu, G., Zheng, F., Li, J. et al. Investigation and mitigation of degradation mechanisms in Cu2O photoelectrodes for CO2 reduction to ethylene. Nat Energy (2021).

DOI: 10.1038/s41560-021-00927-1

https://doi.org/10.1038/s41560-021-00927-1