Understanding the Photoelectrochemical Properties of Theoretically Predicted Water‐Splitting Catalysts for Effective Materials Discovery
Understanding the Photoelectrochemical Properties of Theoretically Predicted Water‐Splitting Catalysts for Effective Materials Discovery
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了解理论预测的水分解催化剂的光电化学性质，以实现有效的材料发现
DOI：
10.1002/aenm.202201869
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发表时间：
2022
影响因子：
27.8
通讯作者：
Schaak, Raymond E.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Katzbaer, Rowan R.;Theibault, Monica J.;Kirchner‐Hall, Nicole E.;Mao, Zhiqiang;Dabo, Ismaila;Abruña, Héctor D.;Schaak, Raymond E.
水分解催化剂的数据密集型发现可以加速可持续能源技术的发展，例如可再生氢燃料的光催化和/或电催化生产。通过计算筛选，13种材料最近被预测为潜在的水分解光催化剂：Cu 3 NbS 4，CuYS 2，SrCu 2 O2，CuGaO 2，Na 3BiO 4，Sr 2 PbO 4，LaCuOS，LaCuOSe，Na 2 TeO 4，La 4 O 4Se 3，Cu 2 WS 4，BaCu 2 O2和CuAlO 2。在此，这些材料的合成，它们的带隙和能带排列的实验测定，并评估其光电催化析氢性能。使用循环伏安法和斩波照明实验，13种材料中的9种被实验发现具有带隙和带排列，其跨越析氧反应（OER）和析氢反应（HER）所需的电势，如计算预测的。在光催化测试期间，12种材料产生可测量的光电流。然而，只有三个被发现是积极的HER，与Cu 3 NbS 4，CuYS 2，和Cu 2 WS 4产生H2的量与裸二氧化钛，一个基准光催化剂。这项研究提供了实验验证的计算带隙和能带排列的预测，同时也成功地识别活性光催化剂。
Data‐intensive discovery of water‐splitting catalysts can accelerate the development of sustainable energy technologies, such as the photocatalytic and/or electrocatalytic production of renewable hydrogen fuel. Through computational screening, 13 materials were recently predicted as potential water‐splitting photocatalysts: Cu3NbS4, CuYS2, SrCu2O2, CuGaO2, Na3BiO4,Sr2PbO4, LaCuOS, LaCuOSe, Na2TeO4, La4O4Se3, Cu2WS4, BaCu2O2, and CuAlO2. Herein, these materials are synthesized, their bandgaps and band alignments are experimentally determined, and their photoelectrocatalytic hydrogen evolution properties are assessed. Using cyclic voltammetry and chopped illumination experiments, 9 of the 13 materials are experimentally found to have bandgaps and band alignments that straddle the potentials required for the oxygen evolution reaction (OER) and hydrogen evolution reaction (HER), as computationally predicted. During photocatalytic testing, 12 of the materials yield a measurable photocurrent. However, only three are found to be active for the HER, with Cu3NbS4, CuYS2, and Cu2WS4producing H2in amounts comparable to bare TiO2; a benchmark photocatalyst. This study provides experimental validation of computational bandgap and band alignment predictions while also successfully identifying active photocatalysts.
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