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Efficient Light-Driven Fuel Cell with Simultaneous Degradation of Pollutants on a TiO2 Photoanode and Production of H2O2 on a Gas Diffusion Electrode Cathode
ACS ES&T Engineering ( IF 7.4 ) Pub Date : 2021-05-04 , DOI: 10.1021/acsestengg.1c00083 Tian Wang 1 , Fei Ye 2 , Shuai Wu 1 , Shuo Chen 1 , Hongtao Yu 1 , Xie Quan 1
ACS ES&T Engineering ( IF 7.4 ) Pub Date : 2021-05-04 , DOI: 10.1021/acsestengg.1c00083 Tian Wang 1 , Fei Ye 2 , Shuai Wu 1 , Shuo Chen 1 , Hongtao Yu 1 , Xie Quan 1
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Photoelectrochemical (PEC) reduction of O2 to H2O2 via a two-electron reaction pathway is an attractive strategy for decentralized and sustainable H2O2 generation. However, the low selectivity, inadequate mass transfer efficiency of cathodic O2 reduction, as well as the high overpotential of the anodic half-reaction of H2O oxidation together limit the efficiency of the PEC system. Here, an elaborately designed PEC system coupling O2 reduction on a gas diffusion electrode (GDE) with organic pollutants oxidation on a TiO2 nanotube arrays (TNTs) photoanode is assembled for simultaneously tackling the aforementioned limitations. Benefiting from the synergistic effect between accelerated O2 mass transfer and alleviated anodic overpotential, this PEC system exhibits a H2O2 generation rate of 34.7 μmol L–1 h–1 cm–2 at the cathode, which is 3.49 times higher than that of the system with neither the GDE nor pollutants (9.93 μmol L–1 h–1 cm–2). Moreover, over 88% of pollutants, such as phenol and benzoic acid, can be degraded, and the mineralization rate can surpass 70% at the anode. This work proposes a new insight into developing a dual-functional PEC system for H2O2 production and simultaneous pollutants degradation.
中文翻译：
在 TiO 2光阳极上同时降解污染物并在气体扩散电极阴极上产生H 2 O 2 的高效光驱动燃料电池
通过双电子反应途径将 O 2光电化学 (PEC) 还原为 H 2 O 2是分散和可持续 H 2 O 2生成的有吸引力的策略。然而，阴极O 2还原的低选择性、传质效率不足以及H 2 O 氧化的阳极半反应的高过电位共同限制了PEC 系统的效率。在这里，精心设计的 PEC 系统将气体扩散电极 (GDE) 上的O 2还原与 TiO 2上的有机污染物氧化相结合组装纳米管阵列 (TNT) 光阳极以同时解决上述限制。受益于加速的 O 2传质和减轻阳极过电位之间的协同效应，该 PEC 系统在阴极处的H 2 O 2生成率为 34.7 μmol L –1 h –1 cm –2，是该系统的 3.49 倍既没有 GDE 也没有污染物的系统 (9.93 μmol L –1 h –1 cm –2）。此外，88%以上的污染物，如苯酚和苯甲酸可以被降解，阳极的矿化率可以超过70%。这项工作为开发用于生产H 2 O 2和同时降解污染物的双功能 PEC 系统提出了新的见解。
更新日期：2021-07-09
中文翻译：
在 TiO 2光阳极上同时降解污染物并在气体扩散电极阴极上产生H 2 O 2 的高效光驱动燃料电池
通过双电子反应途径将 O 2光电化学 (PEC) 还原为 H 2 O 2是分散和可持续 H 2 O 2生成的有吸引力的策略。然而，阴极O 2还原的低选择性、传质效率不足以及H 2 O 氧化的阳极半反应的高过电位共同限制了PEC 系统的效率。在这里，精心设计的 PEC 系统将气体扩散电极 (GDE) 上的O 2还原与 TiO 2上的有机污染物氧化相结合组装纳米管阵列 (TNT) 光阳极以同时解决上述限制。受益于加速的 O 2传质和减轻阳极过电位之间的协同效应，该 PEC 系统在阴极处的H 2 O 2生成率为 34.7 μmol L –1 h –1 cm –2，是该系统的 3.49 倍既没有 GDE 也没有污染物的系统 (9.93 μmol L –1 h –1 cm –2）。此外，88%以上的污染物，如苯酚和苯甲酸可以被降解，阳极的矿化率可以超过70%。这项工作为开发用于生产H 2 O 2和同时降解污染物的双功能 PEC 系统提出了新的见解。
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