Amorpher FeOOH-Katalysator für die Sauerstoffentwicklungsreaktion zur fotoelektrochemischen Wasserspaltung

Um das Ziel einer wirtschaftlichen fotoelektrochemischen (PEC) Wasserspaltung zu erreichen, wird wahrscheinlich die Kombination aus effizienten Solarabsorbern und hochaktiven Elektrokatalysatoren für die Wasserstoff- und Sauerstoffentwicklungsreaktionen (HER und OER) erforderlich sein. Zu diesem Zweck haben wir eine amorphe FeOOH (a-FeOOH) Phase synthetisiert, die zuvor nicht als OER-Katalysator untersucht wurde. Die a-FeOOH-Filme zeigen eine Aktivität, die mit der eines anderen OER-Co-Katalysators, Co-Borat (Co-Bi), in 1 M Na2CO3 vergleichbar ist und erreichen 10 mA/cm² bei einer Überspannung von ∼550 mV für 10 nm dicke Filme. Darüber hinaus absorbieren die a-FeOOH-Dünnfilme weniger als 3 % der Sonnenphotonen (AM1.5G) mit einer Energie von mehr als 1,9 eV, sind homogenen über große Flächen und wirken als schützende Schicht, die die Lösung vom Solarabsorber trennt. Die Nützlichkeit von a-FeOOH in einem realistischen System wird getestet, indem es auf amorphe Si-Dreifach-Junction-Solarzellen mit einem photovoltaischen Wirkungsgrad von 6,8 % aufgetragen wird. Die resultierenden a-FeOOH/a-Si-Geräte erreichen eine Gesamteffizienz der Wasserspaltung von 4,3 % bei 0 V vs RHE in einer Drei-Elektroden-Konfiguration und zeigen über einen Zeitraum von 4 Stunden keinen Effizienzverlust.