인간 활동에 기인한 이산화탄소(CO2) 배출을 감소시키고 재생 가능 연료로 전환해야 할 필요성이 증가함에 따라, 혁신적인 탄소 전환(carbon-conversion) 방법의 중요성이 부각되며, 최근에는 광전극 보조 CO2 환원(photoanode-assisted CO2RR, photoanode-CO2RR)이 유망한 전략으로 등장하고 있다. 본 연구는 새로운 계면 공학 방식의 촉매를 제시한다. 즉, 분리된 Ag 단일원자(SA)들을 인산아연(zinc phosphate, Zn3(PO4)2) 나노큐브에 균일하게 도핑한 Ag SA @Zn3(PO4)2 촉매로, 효율적인 전하 전달을 촉진하고 CO2 RR에서 고도로 선택적인 일산화탄소(CO) 생산을 가능하게 한다. 밀도범함수이론(DFT) 계산은 Ag SA의 도핑이 Zn3(PO4)2의 전자 구조를 변화시켜 반응 중간체의 흡착을 최적화함을 추가로 보여준다. 또한 GaAs/Pt SA @NiOOH 광전극과 Ag SA @Zn3(PO4)2 음극을 통합한 광전기화학(PEC) 플로우 셀은 태양광-연료 효율(소라 투 퓨얼, STF) 4.7% 및 패러데이 효율(FE) 94%로 일산화탄소(CO) 생산을 달성하여 CO2 환원 반응 속도가 유의미하게 향상되었음을 입증한다. 더 나아가, PV 모듈로 구동되는 통합형 Ag SA @Zn3(PO4)2 ||Pt SA @NiOOH 단독 광보조 시스템은 외부 바이어스 0 조건에서 연속적으로 작동하며 평균 CO FEco 90%를 달성한다. 이러한 뛰어난 성능은 AM 1.5G 조명 하에서 태양광-CO 전환 효율(ηSTF co) 8.8%에 해당하며, CO2 환원을 위한 효과적이고 내구성 있는 용액으로서의 잠재력을 보여준다.

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