Performance and failure modes of Si anodes patterned with thin-film Ni catalyst islands for water oxidation

文献情報

出版日 2018-03-06
DOI 10.1039/C7SE00583K
インパクトファクター 6.367
著者

Ke Sun, Jimmy John, William G. Hale, Jingjing Jiang, Ivan Moreno-Hernandez, Kimberly M. Papadantonakis, Thomas P. Moffat, Bruce S. Brunschwig


原文を見る

要旨

Silicon photoanodes patterned with thin-film Ni catalyst islands exhibited stable oxygen evolution for over 240 h of continuous operation in 1.0 mol L−1 KOH under simulated sunlight conditions. Buried-junction np+-Si(111) photoanodes with an 18.0% filling fraction of a square array of Ni microelectrodes, np+-Si(111)|NiμE18.0%, demonstrated performance equivalent to a Ni anode in series with a photovoltaic device having an open-circuit voltage of 538 ± 20 mV, a short-circuit current density of 20.4 ± 1.3 mA cm−2, and a photovoltaic efficiency of 6.7 ± 0.9%. For the np+-Si(111)|NiμE18.0% samples, the photocurrent density at the equilibrium potential for oxygen evolution was 12.7 ± 0.9 mA cm−2, yielding an ideal regenerative cell solar-to-oxygen conversion efficiency of 0.47 ± 0.07%. The photocurrent passed exclusively through the Ni catalyst islands to evolve O2 with nearly 100% faradaic efficiency, while a passivating, insulating surface layer of SiOx formed in situ on areas of the Si in direct contact with the electrolyte. The (photo)electrochemical behavior of Si electrodes patterned with varying areal filling fractions of Ni catalyst islands was also investigated. The stability and efficiency of the patterned-catalyst Si electrodes were affected by the filling fraction of the Ni catalyst, the orientation and dopant type of the substrates, and the measurement conditions. The electrochemical behavior at different stages of operation, including Ni catalyst activation, Si passivation, stable operation, and device failure, was affected by the dynamic processes of anodic formation and isotropic dissolution of SiOx on the exposed Si. Ex situ and operando microscopic and spectroscopic studies revealed that these processes were three-dimensional and spatially non-uniform across the surface of the substrate, and occurred near the active catalyst islands. The patterned catalyst/substrate electrodes serve as a model system for accelerated studies of failure mechanisms in photoanodes protected by multifunctional catalytic coatings or other hole-conductive thin-film coatings that contain defects.

関連文献

Phthalimide-based unfused-ring non-fullerene acceptors for constructing efficient organic solar cells with high open-circuit voltage

Baitian He, Luting Tang, Xiuhua Huang, Jinming Zhang, Manjun Xiao, Guiting Chen, Chuanbo Dai

2023-12-08 Paper

DOI: 10.1039/D3NJ05123D

Surface-segregating zwitterionic copolymers to control poly(dimethylsiloxane) surface chemistry

Luca Mazzaferro, Ayse Asatekin

2023-11-27 Paper

DOI: 10.1039/D3TB02164E

Hydrothermal conversion of cerium oxalate to CeO2: a parade of oxalate and water coordination modes

Navid Assi, Christophe Lahoud, Petr Brázda, Dominika Zákutná, Daniel N. Rainer, Jakub Hraníček, Jan Rohlíček, Václav Tyrpekl

2023-12-11 Communication

DOI: 10.1039/D3NJ04635D

Photothermal synergistic nitric oxide controlled release injectable self-healing adhesive hydrogel for biofilm eradication and wound healing

Weiling Peng, Lixia Li, Yu Zhang, Haibing Su, Xiaohe Jiang, Haimeng Liu, Xiaohua Huang, Li Zhou, Xing-Can Shen, Chanjuan Liu

2023-11-27 Paper

DOI: 10.1039/D3TB02040A

Solution-processed filamentous copper phthalocyanine films for enhanced NO2 gas sensing at room temperature

Ziyang Cui, Lu Wang, Yangyang Zhu, Yiqun Zhang, Li Juan Wang

2023-12-07 Paper

DOI: 10.1039/D3NJ05597C

Correction: Enhanced DNA release from disulfide-containing layered nanocomplexes by heparin-electrostatic competition

Zhenzhen Chen, Yuling He, Lifen Zhang, Yanfeng Li

2024-01-02 Correction

DOI: 10.1039/D3TB90234J

Facile access to 1,2-disubstituted benzimidazoles and 2,3-dihydro-1H-perimidines using a biogenically synthesized single phase δ-MnO2 NP catalyst and its dye removal study

Nandini R., Thrilokraj R., Umesh A. Kshirsagar, Arnab Ghosh, Siddappa A. Patil, Jan Grzegorz Malecki, Ramesh B. Dateer

2023-12-08 Paper

DOI: 10.1039/D3NJ03803C

An NIR-II-photoresponsive CoSnO3 nanozyme for mild photothermally augmented nanocatalytic cancer therapy

Lang Yan, Siyu Shang, Jinyan Hu, Xiaofang Zhang, Jikuai Chen, Bijiang Geng, Yin Zhao, Jiangbo Zhu

2023-12-04 Paper

DOI: 10.1039/D3TB02018E

The application of nanoparticles based on ferroptosis in cancer therapy

Yifei Li, Chen Wei, Jianqin Yan, Fashun Li, Bohan Chen, Yong Sun, Kui Luo, Bin He, Yan Liang

2023-12-08 Review Article

DOI: 10.1039/D3TB02308G

こちらもおすすめ

化合物よくある質問

3-(5-フェニル-2-ファイル)-プロパン酸の市場動向や研究トレンドはどうですか?

この化合物の市場動向は不明ですが、類似化合物の需要は化学繊維、医薬品、農薬分野で安定しています。研究トレンドとしては、該当化合物の生物学的活性の評価や、その他の...

3465-61-03-(5-Phenyl-2-furyl)...
化合物よくある質問

3- Chloro-1H-indazol-5-olはどのように保存すればよいですか?

3- チロロ-1H-吲唑-5-醇は遮光し、直射日光を避けて、温度は室温を推奨し、密閉容器に保存してください。

885519-34-63-Chloro-1H-indazol-...
化合物よくある質問

二茂鐵是安全的吗?

二茂鐵在使用时需要谨慎,因为它具有一定的刺激性。在操作时应佩戴防护眼镜和手套,保持通风良好的环境,并避免皮肤接触和吸入。

849924-76-11,2,3,4,5-Cyclopenta...
化合物よくある質問

L-(1-~13~C)メチオニンの市場動向や研究トレンドはどうですか?

L-(1-~13~C)メチオニンは、医薬品やバイオテクノロジー分野での研究が増加しており、その価格は安定しています。新興研究分野では、代謝解析や遺伝子機能解析で...

81202-04-2L-(1-~13~C)Methionin...
化合物よくある質問

1,3-フェニレンビスメチレンビスアクリレートは安全ですか?

1,3-フェニレンビスメチレンビスアクリレートは一般的に安全ですが、直接皮膚に触れる場合は保護用具を使用することを推奨します。高濃度の蒸気が吸入された場合は呼吸...

22757-16-01,3-Phenylenebis(met...
化合物よくある質問

丹参醇Aはどのように保存すればよいですか?

丹参醇Aは、直射日光を避けて室温で保存し、密栓容器に入れることをお勧めします。適切な保存条件は、安定性を保ち、安全性を確保する上で重要です。

189308-08-5Danshenol A
化合物よくある質問

4-メチル-2-(1,1,1-三フロロ-2-メチルプロパニル)ピリドインとは何ですか?

CAS番号1378865-93-0の4-メチル-2-(1,1,1-三フロロ-2-メチルプロパニル)ピリドインは、合成化学分野で用いられる有機化合物の一種です。こ...

1378865-93-04-Methyl-2-(1,1,1-tr...
化合物よくある質問

N-フェニルベンジル-2-クロロ酢氨を取り扱う際の実験室安全事項は何ですか?

N-フェニルベンジル-2-クロロ酢氨は毒性があり、皮膚や粘膜に刺激を与えます。取り扱う際には、保護眼鏡、手袋、ゴーグルを着用することを強く推奨します。ドラフトチ...

2653-14-7N-benzyl-2-chloro-N-...
化合物よくある質問

UCN-02を取り扱う際の実験室安全事項は何ですか?

UCN-02は毒性は低いですが、人体への直接的な接触は避けるべきです。PPE要件はグローブと顔面保護具を着用することです。ドラフトチャンバーを使用して漏洩を処理...

化合物よくある質問

N-[3-[2-(二甲基氨基)乙氧基]-4-甲氧基苯基]-2'-甲基-4'-(5-甲基-1,2,4-恶二唑-3-基)-[1,1'-联苯]-4-甲酰胺を取り扱う際の実験室安全事項は何ですか?

手袋と保護眼鏡を着用し、漏洩時には吸気防止装置を使用してください。室温、乾燥した場所に保管し、直日光から隔離してください。SDS(安全データシート)を参照してく...

170230-39-4N-{3-[2-(Dimethylami...
免責事項
このページに表示される学術雑誌情報は、参考および研究目的のみを目的としています。当社は雑誌出版社とは提携しておらず、投稿の取り扱いも行っておりません。出版に関するお問い合わせは、各雑誌出版社に直接ご連絡ください。
表示されている情報に誤りがある場合は、support@chemtradehub.com までご連絡ください。迅速に確認し、対応いたします。