太阳能驱动的光电化学水分解(PEC)是一种很有前景的生产清洁和可持续的氢燃料技术,但该技术的发展及应用目前受到缓慢的析氧动力学的阻碍。因此,探索具有高转换效率的半导体光阳极材料对其实际应用至关重要。基于此,中科院兰州化物所毕迎普课题组开发了一种磷氧键合策略,合理调节了FeNi催化剂和BiVO4光阳极(FeNiPOx/BiVO4)界面的电子耦合,显著促进PEC水氧化活性和稳定性。
具体而言,FeNiPOx/BiVO4在1.23 VRHE,AM 1.5 G下具有6.73 mA cm-2的创纪录光电流密度。由于晶格的光腐蚀和V5+溶解,BiVO4表现出相对较差的PEC稳定性,光电流密度迅速降低;FeNiPOx/BiVO4光阳极在84 h辐照期间表现出良好的光电流稳定性,表明FeNiPOx在抑制V5+溶解和保持高结构稳定性方面的关键作用。因此,用于修饰BiVO4的FeNiPOx催化剂不仅显著促进了析氧的活性,而且有效地提高了BiVO4光阳极的PEC稳定性
通过一系列表征技术,表明P-O界面键的引入导致FeNi催化剂和BiVO4光阳极之间的电子密度重新分布和强电子耦合;进一步来说,这种界面特征不仅促进了电子从Bi位点向Fe原子的转移,从而显着提高了PEC活性,而且还促进了电子从Ni原子向V位点的注入,稳定了BiVO4晶格中的V原子,保证了结构稳定性。
本研究证明了合理调节界面电子相互作用的关键作用,为构建高效耐用的PEC水分解光阳极提供了策略。
High-performance and stable BiVO4 photoanodes for solar water splitting via phosphorus-oxygen bonded FeNi catalysts. Energy & Environmental Science, 2022. DOI: 10.1039/D2EE00936F