深圳先進院等光電催化水分解研究方面取得進展

2020-10-14 嶺南科苑

近日，中國科學院深圳先進技術研究院材料所（籌）光子信息與能源材料研究中心等在光電催化水分解研究方面獲得新進展。相關成果以Interface modulation of BiVO4based photoanode with Bi(III)Bi(V)O4for enhanced solar water splitting（《利用Bi(III)Bi(V)O4界面調控的BiVO4光陽極進行光電催化水分解研究》）為題，發表於催化領域重要期刊Journal of Catalysis（Journal of Catalysis2020, 391, 513-521; IF:7.888）。深圳先進院馬明副研究員與以色列理工邢政博士為共同一作，北京大學深圳研究生院楊世和教授與香港科技大學Haibin Su副教授為共同通訊作者。

光電催化分解水系統作為優良的太陽能轉化體系備受關注，然而其轉化效率一直受到光陽極上氧化反應過程遲滯的限制。BiVO4因優良的禁帶寬度以及較為合適的價帶導帶位置成為近來的光陽極材料研究熱點，然而其受到嚴重的內部及表面電荷複合、氧化反應勢壘等影響，導致太陽能的轉化效率依然較為低下。因此找到針對界面電荷傳輸提升的解決方案尤為重要。

在此，研究團隊闡明了一種在BiVO4光陽極表面通過氧化過程沉積Bi2O4顆粒的方法，並將其應用到光電催化分解水實驗中。由於Bi2O4有著與BiVO4相似的晶體結構，它可以良好的促進兩種材料界面間的電荷傳輸。同時，團隊通過增加Mo摻雜、碳量子點負載以及Ni-FeOOH助催化劑負載，使得BiVO4光陽極獲得了6.7mA/cm2（1.23 V vs. RHE）的光電流響應，以及2.35%的偏壓轉化效率（ABPE，0.70 V vs. RHE）。

該工作得到了國家自然科學基金等項目的支持。

圖：TEM掃描圖、能帶計算結果及XPS圖譜

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