Nature子刊：水伏效应功不可没！有效增强光催化水分解产H2和H2O2

光催化技术是可持续生产氢(H₂)和过氧化氢(H₂O₂)的一条有前景的途径。尽管已经作出了相当大的努力来改善催化剂的光催化性能，例如缺陷工程、助催化剂修饰和异质结构，但仍存在严重的光生载流体复合和光催化剂界面电子传递的动力学缓慢等问题，这导致光催化剂的太阳能-化学能转换效率仍然很低。

基于此，西北工业大学李炫华课题组提出了一个水伏效应增强的光催化系统，其中聚丙烯酸(PAA)和氧化钴(CoO)-氮掺杂碳(NC)(PAA/CoO-NC)协同光催化水分解产生H₂和H₂O₂。

在光催化性能测试过程中，研究人员在PAA/CoO-NC上光沉积0.1 wt%Pt助催化剂。随着Ar/H₂O蒸汽注入速率为1100 mL h⁻¹时，PAA/CoO-NC上的H₂和H₂O₂产量分别为由48.4 mmol g⁻¹ h⁻¹和20.4 mmol g⁻¹ h⁻¹；并且PAA/CoO-NC在400 nm光照下的量子表观产率(AQY)为56.2%。

此外，在该水伏增强光催化剂系统中，PAA/CoO-NC在反应80小时后，其性能保持了其初始的92%，表明PAA/CoO-NC具有优异的稳定性。

基于能带结构和实验结果，研究人员提出水伏效应增强PAA/CoO-NC光催化的机理：在光照下，PAA/CoO-NC吸收光并激发光生载体分离，光生电子由CoO的CBM迁移到NC，然后转移到Pt助催化剂上生成H₂，在CoO的VBM中的光生空穴用来产生H₂O₂；由于水伏效应的影响，光催化剂与NC界面之间的肖特基势垒高度下降，大大促进了载流子的分离和在光催化剂上的转移。

此外，水伏效应在H⁺载体和纳米结构的反应中心之间产生了强烈的相互作用，从而进一步改善了水分解动力学，这些特性共同提高了该系统的光催化性能。

Hydrovoltaic Effect-Enhanced Photocatalysis by Polyacrylic Acid/Cobaltous Oxide–Nitrogen Doped Carbon System for Efficient Photocatalytic Water Splitting. Nature Communications, 2023. DOI: 10.1038/s41467-023-37366-3

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Nature子刊：水伏效应功不可没！有效增强光催化水分解产H2和H2O2

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