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Stand-Alone Photoelectrochemical Energy Conversions
Solar RRL ( IF 6.0 ) Pub Date : 2021-01-20 , DOI: 10.1002/solr.202000517 Narayan Chandra Deb Nath 1 , Perumal Viswanathan 1 , Hemraj Mahipati Yadav 1 , Kicheon Yoo 1 , Hyeon Cheol Kang 1 , Jae-Joon Lee 1
Solar RRL ( IF 6.0 ) Pub Date : 2021-01-20 , DOI: 10.1002/solr.202000517 Narayan Chandra Deb Nath 1 , Perumal Viswanathan 1 , Hemraj Mahipati Yadav 1 , Kicheon Yoo 1 , Hyeon Cheol Kang 1 , Jae-Joon Lee 1
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The photoelectrochemical (PEC) conversions of water and atmospheric CO2 to value-added fuels, such as H2, CH4, and CH3OH, can provide potential alternative sources for clean and environment-friendly solar fuels. Several efforts are reported on the designing and developing stand-alone PEC cells that efficiently produce H2 and O2 from water and minimize atmospheric CO2 via conversion to fuels under only sunlight. However, in reality, high overpotential, poor product-selectivity, competitive side-reactions, and self-reduction of a catalyst limit the performance of the PEC cells, thereby requiring high power inputs. The choice of electrode materials and architectures of PEC cells are very important for designing stand-alone and durable PEC cells with high solar-to-fuels conversion efficiency (EffSTF) and high selectivity. The present review provides a complete account of recent published works on stand-alone PEC systems with different architectures; development of electrode materials for high EffSTF, selectivity, and stability; and the current challenges. Furthermore, this review describes the future outlook on stand-alone PEC systems for future production of clean solar fuels and mitigation of atmospheric CO2 levels by utilizing only solar energy.
中文翻译：
独立的光电化学能量转换
水和大气 CO 2的光电化学 (PEC) 转化为增值燃料，如 H 2、CH 4和 CH 3 OH，可以为清洁和环境友好的太阳能燃料提供潜在的替代来源。据报道，在设计和开发独立 PEC 电池方面进行了一些努力，这些电池可有效地从水中产生 H 2和 O 2并最大限度地减少大气中的 CO 2通过仅在阳光下转化为燃料。然而，实际上，高过电位、差的产物选择性、竞争性副反应和催化剂的自还原限制了 PEC 电池的性能，从而需要高功率输入。PEC 电池的电极材料和结构的选择对于设计具有高太阳能到燃料转换效率 ( Eff STF ) 和高选择性的独立且耐用的 PEC 电池非常重要。本综述提供了最近发表的关于具有不同架构的独立 PEC 系统的工作的完整说明；高效率STF电极材料的开发、选择性和稳定性；以及当前的挑战。此外，该评论描述了独立 PEC 系统的未来前景，用于未来生产清洁太阳能燃料和仅利用太阳能来缓解大气 CO 2水平。
更新日期：2021-01-20
中文翻译：
独立的光电化学能量转换
水和大气 CO 2的光电化学 (PEC) 转化为增值燃料，如 H 2、CH 4和 CH 3 OH，可以为清洁和环境友好的太阳能燃料提供潜在的替代来源。据报道，在设计和开发独立 PEC 电池方面进行了一些努力，这些电池可有效地从水中产生 H 2和 O 2并最大限度地减少大气中的 CO 2通过仅在阳光下转化为燃料。然而，实际上，高过电位、差的产物选择性、竞争性副反应和催化剂的自还原限制了 PEC 电池的性能，从而需要高功率输入。PEC 电池的电极材料和结构的选择对于设计具有高太阳能到燃料转换效率 ( Eff STF ) 和高选择性的独立且耐用的 PEC 电池非常重要。本综述提供了最近发表的关于具有不同架构的独立 PEC 系统的工作的完整说明；高效率STF电极材料的开发、选择性和稳定性；以及当前的挑战。此外，该评论描述了独立 PEC 系统的未来前景，用于未来生产清洁太阳能燃料和仅利用太阳能来缓解大气 CO 2水平。
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