设计Janus光电极以实现气体-固体界面高效的光电化学VOC矿化作用

《ACS ES&T Engineering》：Designing Janus Photoelectrode for Efficient Photoelectrochemical VOC Mineralization at the Gas–Solid Interface

气态甲苯高效降解的Janus光阳极在质子交换膜电解池中的应用。通过Ti-foam基底双面设计，光催化侧吸收光能产生电子空穴对，电催化侧利用内建电场驱动电荷迁移，实现光-电协同增效。实验表明该结构使甲苯降解效率比单独光催化和电催化分别提升4.6倍和8.5倍，有效电荷分离促进活性氧物种（ROS）生成，显著增强PEC性能。

　　

光电化学（PEC）技术因其在外加电场下出色的电荷分离效率而被广泛认为是降解有机污染物的有效方法。然而，在膜电极组件（MEA）中实现有效的气态污染物光电协同处理仍是一个重大挑战。在这项研究中，我们开发了一种适用于MEA的Janus型光电电极，该电极采用Ti泡沫基底，具有双重反应表面：一侧用于光吸收和光催化反应，另一侧用于电催化反应。这种结构使得MEA内部的气态甲苯能够高效矿化。在PEC反应过程中，基于TiO₂的光电电极对气态甲苯的降解速率分别比单独的光催化（PC）和电催化（EC）反应高4.6倍和8.5倍，展现了优异的光电协同效应。当光催化侧在施加偏压下受到光照时，外部电场将光生电子驱动至对电极，从而提高电荷分离效率；同时，光生空穴在内部电场的作用下迁移到电催化侧参与电催化反应，促进整个电路的空间电荷分离。这种专为MEA设计的精细系统能够有效提取光生电荷，并促进活性氧物种（ROS）的生成，从而显著提升PEC的性能。