La distribution de polarisation de l'anode et de la cathode dans la cellule de réaction globale PEC est comme deux plateaux de la balance, et le point d'appui correspond au potentiel de court-circuit de la cellule PEC. Crédit : Science China Press
Au cours de la dernière décennie, le procédé photoélectrochimique (PEC) de séparation globale de l'eau (OWS) a connu un développement complet, en particulier dans les domaines des nouveaux catalyseurs, des méthodes de caractérisation et des mécanismes de réaction. Lorsque l’on compare la réaction de dégagement d’hydrogène (HER) à la réaction de dégagement d’oxygène (OER), cette dernière est considérée comme l’aspect le plus difficile de l’OWS, principalement en raison de sa cinétique lente.
Pour réduire la consommation de biais des photoanodes, une série de demi-réactions alternatives aux REL ont été développées, telles que les réactions d'oxydation des alcools, de l'urée et de l'ammoniac. Le but ultime de la photochimie est de fabriquer une cellule PEC efficace et impartiale à deux électrodes. Cependant, la plupart des études précédentes se concentraient uniquement sur les propriétés de l’électrode de travail dans la cellule à trois électrodes, tandis que la polarisation sur la contre-électrode était largement ignorée. Le mécanisme synergique entre les demi-réactions d’oxydation anodique et de réduction cathodique n’est toujours pas clair.
a) Schéma des mesures de distribution de biais. b – e) Distribution des biais dans les cellules PEC OWS avec différentes photoanodes et f) voies d'activation OWS correspondantes. Crédit : Science China Press
Récemment, le groupe du professeur Yuchao Zhang a proposé une méthode expérimentale pour mesurer la distribution des biais dans une cellule PEC à deux électrodes, en étudiant systématiquement la distribution des biais entre les photoanodes représentatives et les cathodes Pt dans les cellules PEC OWS. Pour la première fois, ils ont montré que la demi-réaction OER n'est pas toujours le facteur limitant le débit de l'OWS et que la consommation de polarisation des électrodes dépend de la phototension de la photoanode et du niveau de Fermi de la cathode.
D'autres études utilisant Ni/n-Si comme photoanode modèle ont montré que la distribution des biais dans la réaction globale peut être ajustée efficacement en ajustant le pH de l'électrolyte et en couplé des demi-réactions. En conséquence, ils ont proposé un descripteur pour évaluer la compatibilité entre diverses demi-réactions, qui a mis en évidence une méthode générale pour concevoir une cellule de réaction globale PEC efficace. Inspirés par cela, ils ont fabriqué une cellule PEC impartiale composée uniquement d'une photoanode Ni/n-Si et d'une cathode Pt avec un photocourant de 5,3 ± 0,2 mA cm.−2.
