SCOPUS
SCIE
Stand-alone photoconversion of carbon dioxide on copper oxide wire arrays powered by tungsten trioxide/dye-sensitized solar cell dual absorbers
저자
Deb Nath, Narayan Chandra ; Choi, Seung Yo ; Jeong, Hye Won ; Lee, Jae-Joon ; Park, Hyunwoong
발행기관
학술지명
권호사항
발행연도
2016
작성언어
-주제어
등재정보
SCOPUS,SCIE
자료형태
학술저널
수록면
51-59(9쪽)
제공처
<P><B>Abstract</B></P> <P>A photoelectrochemical (PEC) cell composed of a WO<SUB>3</SUB>/dye-sensitized solar cell (WO<SUB>3</SUB>/DSSC) and copper oxide (Cu<SUB>x</SUB>O, where <I>x</I>=1 and 2) wire arrays as a dual-absorber photoanode and cathode, respectively, is demonstrated as a stand-alone, durable device for CO<SUB>2</SUB> photoconversion. The Cu<SUB>x</SUB>O wire arrays, which have high surface-to-volume ratios, exhibit promising electrocatalytic activity for CO<SUB>2</SUB> conversion to CO at Faradaic efficiencies of ~80% and ~60% at E=−0.2 and −0.4V <I>vs</I>. RHE, respectively, and H<SUB>2</SUB> production is minimized at a Faradaic efficiency <~20% in the potential range between −0.2 and −1.0V <I>vs</I>. RHE. The single-absorber cell of a WO<SUB>3</SUB> photoanode and Cu<SUB>x</SUB>O wire array cathode couple (WO<SUB>3</SUB>-Cu<SUB>x</SUB>O) requires a minimum overpotential of ~0.7V to drive CO<SUB>2</SUB> conversion. For stand-alone CO<SUB>2</SUB> conversion, a DSSC is coupled to the WO<SUB>3</SUB>-Cu<SUB>x</SUB>O system. In the dual-absorber cell (WO<SUB>3</SUB>/DSSC-Cu<SUB>x</SUB>O), the long-wave band (λ ><I>ca</I>. 450nm) passed through the semitransparent WO<SUB>3</SUB> film is absorbed by the dye-sensitized TiO<SUB>2</SUB> electrode of the DSSC. The WO<SUB>3</SUB>/DSSC-Cu<SUB>x</SUB>O shows a potential gain of ~0.7V and is able to successfully drive CO<SUB>2</SUB> conversion on Cu<SUB>x</SUB>O and simultaneously oxidize water on WO<SUB>3</SUB> without an external power supply. In this stand-alone system, the primary CO<SUB>2</SUB> conversion product is CO, with a solar-to-chemical energy efficiency of ~2.5%; H<SUB>2</SUB> and formate are obtained with energy efficiencies of 0.7% and 0.25%, respectively, in 5h (overall efficiency ~3.45%). Neither CO<SUB>2</SUB> conversion product nor H<SUB>2</SUB> is found using the single-absorber system.</P> <P><B>Highlights</B></P> <P> <UL> <LI> Stand-alone photoelectrochemical cell for CO<SUB>2</SUB> conversion was designed. </LI> <LI> WO<SUB>3</SUB>/DSSC and copper oxide (Cu<SUB>x</SUB>O) wire arrays were coupled as a dual-absorber photoanode and cathode, respectively. </LI> <LI> In the dual-absorber cell, the long-wave band passed through the semitransparent WO<SUB>3</SUB> film is absorbed by DSSC. </LI> <LI> The primary CO<SUB>2</SUB> conversion product is CO, with an energy efficiency of ~2.5% (overall efficiency ~3.45%). </LI> <LI> Neither CO<SUB>2</SUB> conversion product nor H<SUB>2</SUB> is produced by the single-absorber system. </LI> </UL> </P> <P><B>Graphical abstract</B></P> <P>[DISPLAY OMISSION]</P>
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