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该论文通过多种电化学测试手段，定量了氧化铜电极光电化学分解水过程中界面电荷的浓度及其转移速率常数，并发现分解水的速率为界面电荷浓度与界面电荷转移速率常数的乘积，且界面电荷的速率常数是其浓度的指数函数。p型半导体光催化分解水是一种非常有前景的可再生能源制备策略，因为它可提供光生电子和分子氢。目前发现的金属氧化物半导体材料受限于其自身性质，性能远低于理论值，尽管人们对其进行各种改性工作，但是效果依然不尽如人意。因此建立光催化分解水过程的反应速率方程对进一步研究反应机理和设计高性能光催化剂具有重要的科学意义。研究电极光电化学分解水的速率方程存在两大难点：第一，光催化分解水析氢是一个多电子反应，其动力学模型比较复杂；其次，光生电荷浓度和速率常数等动力学参数通常难以测量。所以至今鲜见建立速率方程的报道。
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图1 改性前后的CuO电极的转移速率常数kct (ω1max )与表面电子浓度呈现指数相关
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图2 改性前后的CuO电极光电化学分解水的界面电荷转移过程为一级反应
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图3 以（jph=k0 exp(A[es])[es]）的形式拟合得到改性前后电极的速率方程
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图4 通过公式（jph=k0 exp(A[es])[es]）分析Cu2O/RuOx光阴极在断光后由于RuOx (2-)还原质子导致光致吸收光谱的吸光信号变化
（图4数据来源doi：10.1038/ncomms14280）本文采用多种电化学方法建立了典型p型半导体CuO光电化学分解水时光生电荷浓度、界面电荷转移速率常数及其与反应速率（光电流表示）之间的关系。结果表明: 电极界面电荷转移速率常数与光生电荷浓度指数相关，光电流等于电极界面电荷转移速率常数乘以光生电荷浓度, 反应级数（以光生电荷计）为一级。该结论不同于部分已有研究所认为的速率常数与光生电子浓度无关的观点。
引用格式：
高博远, 冷文华. CuO光电化学分解水反应速率方程[J]. 电化学（中英文）, 2024, doi: 10.61558/2993-074X.3467.Bo-Yuan Gao and Wen-Hua Leng. Rate Law for Photoelectrochemical Water Splitting over CuO[J]. Journal of Electrochemistry, 2024, doi: 10.61558/2993-074X.3467.DOI：
https://electrochem.xmu.edu.cn/CN/10.61558/2993-074X.3467点击文末“阅读原文”免费下载、浏览PDF全文。
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