双异质结光阴极的协同效应：为实现下一代锌空气电池的高效太阳能辅助氧还原提供支持

氧还原反应（ORR）动力学缓慢问题通过太阳能辅助光电催化系统解决。本文报道了一种基于CuO的双异质结（CuO/WO3/pTTh）非贵金属光电阴极，通过优化能带排列抑制电子空穴复合，显著提升光电压输出和电极稳定性。该系统在零偏压下实现1.05 V vs RHE的ORR onset potential和约100%催化效率，集成到太阳能辅助的锌空气电池后，获得1.5 V高开路电压和优于常规电催化系统的放电电压。本研究为双异质结工程在非贵金属光电阴极中的应用提供了新范式。

　　

摘要

氧还原反应（ORR）作为能量转换设备中的关键阴极过程，其固有的缓慢动力学严重限制了设备性能。通过光电化学（PEC）系统整合太阳能是一种有前景的策略，可以增强ORR的动力学性能从而克服这一限制。本文开发了一种新型的非贵金属光电极（CuO/WO₃/pTTh），通过双异质结工程优化了能带对齐。该设计有效抑制了电子-空穴复合，提高了光电压生成，并显著提升了电极稳定性。由于在外层实现了高效的电荷转移和积累，优化后的系统在最小外加偏压下实现了1.05 V（相对于可逆氢电极RHE）的优异ORR起始电位和约100%的催化效率。当将其集成到Zn-air电池中时，这种光电催化配置能够提供1.5 V的高开路电压，超过了传统的电催化系统。此外，CuO/WO₃/pTTh光电极在太阳能辅助的Zn-air电池中能够实现比大多数报道系统更高的放电电压。这项工作不仅展示了双异质结工程在CuO基光电极中增强ORR的潜力，还为设计下一代PEC设备和光辅助储能技术提供了基础见解。

图形摘要

开发了一种基于非贵金属CuO的新型光电极系统，采用合理的双异质结结构（CuO/WO₃/pTTh）用于光电催化ORR。这种优化结构实现了光生载流子的高效空间分离，显著提高了光电压输出，从而在集成到光辅助Zn-air电池系统中时表现出优异的性能。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。