不断增加的人为二氧化碳排放促使人们寻找将二氧化碳转化为包括燃料在内的有用商品的光电化学(PEC)方法。理想情况下，这种PEC方法将只使用阳光、水和二氧化碳作为能量和反应物的输入。但是，低的峰值转换效率（<5％）使完全集成的PEC器件的商业化变得令人望而却步。

有鉴于此，美国劳伦斯伯克力国家实验室Peter Agbo等人，报道了一种4 cm²的整体式PEC装置，其太阳能转化效率超过10％，主要燃料产品为一氧化碳和氢气。

本文要点

1）描述了一种单片式PEC装置，该装置以超过10％的创纪录STF效率（将太阳能转化为CO和太阳能转化为H₂的效率）将CO₂转化为合成气。该基准代表了迄今为止此类设备报告的峰值效率的两倍，在24小时耐久性测试中没有效率下降。然而，长期运行可能会改变产品分布，导致随着时间的推移H₂产量增加。

2）相应的太阳能转化为CO和太阳能转化为H₂的效率分别为7％和3.5％。通过一系列操作条件的筛选，发现使用金电催化剂可以得到H₂和CO的可调混合物。结果表明，优化后的装置可使合成气(syngas)中的H₂与CO的比率为1：

3）金(Au)催化剂在碳纸基体上的附着力增强可以稳定产物的分布。通过使用离子交换膜可实现阳极和阴极产物的分离，降低了产品在阳极处再次氧化的风险。通过对工作电压，电解质浓度和流速以及阴极进料的水含量和CO₂流速进行系统分析，得出了最佳的操作条件。

参考文献：

Tobias A. Kistler et al. Monolithic Photoelectrochemical CO₂ Reduction Producing Syngas at 10% Efficiency. Advanced Energy Materials, 2021.

DOI: 10.1002/aenm.202100070

https://doi.org/10.1002/aenm.202100070