光催化燃料电池电极构型工程优化染料降解与电能协同产出机制研究

本研究创新性地通过多电极空间构型（位置/取向/间距）协同调控，解决了光催化燃料电池（PFC）中电子-空穴复合与反向电流的核心难题。采用阳极TiO2纳米管阵列（TNAs/Ti）与阴极CuO/Cu的均质构型（S5），将内阻降至300Ω，实现94.1%酸性橙7（AO7）脱色率（k=0.182 h?1）和11.6 mW m?2最大功率密度，并揭示SO4·?/??2?/??H自由基协同作用机制。

　　

亮点

本研究通过多电极空间构型（位置/取向/间距）的协同调控，攻克了光催化燃料电池（PFC）中电子-空穴复合与反向电流的行业难题。均质构型（S5）使电极平均间距缩短至5.8 cm，内阻降低50%（300Ω），如同为电子搭建了"高速通道"，实现94.1%染料脱色和11.6 mW m^?2的"能量双丰收"。

材料

实验采用阳极TiO₂纳米管阵列（TNAs/Ti）和阴极CuO/Cu这对"黄金搭档"，通过阳极氧化法精准制备。就像化学家的"乐高积木"，这些材料展现出独特的管状结构和光响应特性，为后续性能突破奠定基础。

光电极特性

电流密度-时间（J-t）曲线揭示了材料生长的"心跳图谱"：初始电流骤降对应TiO₂阻挡层形成，后续波动则像"纳米管生长的呼吸节奏"，最终形成高度有序的纳米管阵列。XRD显示锐钛矿与铜氧化物晶相，如同给光电极装上了"分子天线"。

结论

这项研究如同为PFC设计了一套"空间舞蹈编排方案"：均质构型（S5/S6）像默契的舞伴组合，通过缩短间距、优化取向，将电子传输效率提升至新高度。系统在20次循环后仍保持94.1%效率，展现出工业化应用的"耐力基因"。

作者贡献声明

Mohammad Mohsenzadeh：从概念设计到数据分析的"全能选手"；Bita Ayati：担任研究方向的"导航员"与质量控制的"守门人"。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响研究结果的"财务羁绊"或"人情包袱"。