将PDI与氰氧共掺杂碳氮化物结合用于高效自供电H?O?光电化学电池

《Journal of Materials Science & Technology》：Marrying PDI with cyano-oxygen co-doped carbon nitride for efficient self-powered H 2O 2 photoelectrochemical cells

　　

• •
  制备了一种由分子半导体PDI和聚合物半导体COCN构成的复合光催化剂。
• •
  将PDI与COCN集成，构建出具有协同界面的Z型异质结。
• •
  将PDI/COCN-10复合物用于自供电H₂O₂光电化学电池中。
• •
  其功率密度分别达到原始PDI和g-C₃N₄系统的2.5倍和4.2倍。
• •
  该系统在单一器件中协同实现了太阳能转换与储存。

章节摘要

1. 引言

不断加剧的全球能源危机凸显了开发和利用可再生能源的紧迫性[1]。在这些能源中，太阳能因其清洁性、丰富性和高转换潜力而脱颖而出，因而引起了广泛的研究关注[2]。特别是，H₂O₂光电化学(PEC)电池已成为一种极具前景的自供电系统。这些器件独特地集成了两种功能：(1)在光照下，它们促进太阳能向化学能的转换

实验

PDI和COCN的合成步骤、电极制备方法，以及实验材料和设备的相关信息见补充材料。PDI/COCN复合物的制备过程如图1(a)所示。简言之，将PDI和COCN粉末通过研磨混合，并在超声作用下分散于蒸馏水中，随后连续搅拌，以使COCN通过静电相互作用自组装到PDI上。所得

3.1.1. 形貌与结构分析

首先通过扫描电子显微镜(SEM)对制备所得样品的形貌进行了观察。如图1(b)所示，原始PDI呈现出典型的条带状形貌。引入g-C₃N₄后(图1(c))，这种主结构基本得以保留。相比之下，PDI/COCN-10复合物(图1(d))则显示出明显的层状结构，其中COCN纳米片松散地堆叠在PDI骨架上。与PDI/g-C₃N₄复合物相比，这种更为松散的堆叠结构表明

结论

综上所述，成功构建了一系列用于H₂O₂ PEC电池的PDI/g-C₃N₄和PDI/COCN复合光催化剂。其中，基于PDI/COCN-10的电池表现出最佳性能，实现了最大功率密度1.62 mW cm^?2、SECE为1.28%以及最大比电容6115 mF cm^?2。性能的提升归因于COCN中含氧结构与-CN基团的协同效应，以及异质结诱导的高效电荷

CRediT作者贡献声明

Xiangkun Tan：撰写 – 原稿。Yue Li：数据整理。Yutong Shan：调查研究。Yang Zhao：调查研究。Yutong Liu：调查研究。Shuohui Li：调查研究。Shiyu Wang：调查研究。Chenyu Xu：调查研究。Huan Wang：撰写 – 审阅与编辑。

Xiangkun Tan|Yue Li|Yutong Shan|Yang Zhao|Yutong Liu|Shuohui Li|Shiyu Wang|Chenyu Xu|Huan Wang