SCMs|通过钴离子抑制羟基自由基提高WO3/SnO2光阳极在强酸中的稳定性

酸性环境中光电化学水分解具有广阔的应用前景，但由于缺乏稳定的光阳极以及有效的非贵金属助催化剂，其发展受到了极大的阻碍。WO₃是能够在酸性环境下稳定的半导体之一，但其在光照下的快速性能衰减仍然是一个悬而未决的问题。

近日，电子科技大学崔春华教授等人在Science China Materials发表研究论文，提出WO₃和WO₃/SnO₂光阳极光电流的快速下降是因为电极/电解质界面上产生的羟基自由基（OH·）导致的，在pH为0.3的电解质中引入钴（Co²⁺）离子可以有效解决这个问题。

本文要点：

1) Co²⁺的存在可以促进H₂O高效氧化为O₂，而不是产生不利的OH·自由基，最终在Co²⁺存在条件下，可以将光电分解水的法拉第效率从40%提高到95%，将光电流密度从0.6提高到0.8 mA cm^-2，并在 1.2 V（可逆氢电极）下稳定25 h。

2) 在利用维生素C淬灭OH·自由基以后，其光电流稳定性表现出与引入Co²⁺离子时一致，进一步表明Co²⁺离子对于OH·的关键抑制作用。

3) 此外，原位紫外-可见光谱和拉曼光谱表明Co²⁺会捕获表面空穴并被氧化为Co³⁺，电子顺磁共振也进一步揭示了Co²⁺离子对OH·自由基的抑制作用。

本研究为均相的Co²⁺/Co³⁺氧化还原物种与光阳极结合用于强酸中的水氧化提供了参考。

文章信息

Shi X., Wu Q., Cui C., et al.  Improving WO₃/SnO₂ photoanode stability by inhibiting hydroxyl radicals with cobalt ions in strong acid. Sci. China Mater. (2022).

https://doi.org/10.1007/s40843-022-2188-5

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