Oxidación fotoelectroquímica del agua impulsada por el sol sobre un ánodo de fluoruro de plomo y titanio de tipo n

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La fotoquímica
• La electroquímica

Sus antecedentes:

• Los compuestos de aniones mixtos como los oxinitruros y los oxisulfuros se exploran para los fotoánodos de oxidación de agua con luz visible.
• Sin embargo, la mayoría sufre de degradación oxidativa por agujeros fotogenerados, lo que limita su estabilidad.
• El desarrollo de fotoánodos estables es crucial para la producción eficiente de combustible solar.

Objetivo del estudio:

• Para investigar el potencial de un nuevo oxifluoruro de plomo, Pb₂Ti₂O_5.4F_1.2, como un fotoánodo estable para la oxidación del agua con luz visible.
• Evaluar su rendimiento fotoelectroquímico, incluida la generación de fotocorriente, el potencial de inicio y la estabilidad.
• Para comparar su rendimiento con y sin un promotor de oxidación de agua.

Principales métodos:

• Síntesis de las partículas Pb₂Ti₂O_5.4F_1.2 y su deposición en un soporte de vidrio conductor transparente (FTO).
• Posdeposición de una capa superior TiO2 para formar la estructura del fotoánodo.
• Mediciones fotoelectroquímicas bajo luz solar simulada (AM1.5G) para evaluar la fotocorriente, el potencial de inicio y la estabilidad.
• Análisis del producto de oxidación del agua (O₂) y determinación de la eficiencia de Faradaic.

Principales resultados:

• Pb₂Ti₂O_5.4F_1.2 exhibe una brecha de banda de aproximadamente 2.4 eV, lo que permite la absorción de la luz visible (λ <520 nm).
• El fotoánodo generaba una fotocorriente anódica estable con un potencial de inicio negativo (-0,6 V vs NHE), independiente del pH.
• Se observó una estabilidad excepcional incluso sin un promotor de oxidación de agua (por ejemplo, CoO_x).
• La carga CoO_x mejoró la fotorrespuesta en 2-3 veces, logrando una eficiencia Faradaic del 93% para la evolución O₂ bajo luz AM1.5G con potencial aplicado <1.23 V.
• El fotoánodo no mostró desactivación durante 4 horas de funcionamiento.

Conclusiones:

• Pb₂Ti₂O_5.4F_1.2 es el primer fotoánodo de anión mixto estable para la oxidación de agua con luz visible.
• Su estabilidad y rendimiento, incluso sin un promotor, lo distinguen de otros fotoánodos de aniones mixtos.
• Este material ofrece una vía prometedora para una división fotoelectroquímica eficiente y duradera del agua.