Forbedring af ydeevne til effektiv fotoelektrokemisk vandopdeling

Fotoelektrokemisk (PEC) vandspaltning er en lovende grøn teknik til vedvarende brintproduktion. For at konstruere et praktisk PEC-system er det af stor betydning at udvikle effektive fotoanoder. BiVO₄ er blevet identificeret som det mest lovende fotoanodemateriale på grund af dets smalle båndgab og gunstige båndpositioner for brint- og oxygenudvikling. Ikke desto mindre BiVO₄ har begrænsninger for lav mobilitet (4×10 ⁻² ). cm ² ·V ⁻¹ ·s ⁻¹ ) og kort huldiffusionslængde (<100 nm) som en fotoanode, hvilket resulterer i en utilfredsstillende fotostrømtæthed (<1 mA·cm ⁻² ved 1,23V vs. RHE i neutralt medium under AM 1,5G-belysning). Derfor er det nødvendigt at udforske en række metoder til at forbedre PEC-ydelsen af ​​BiVO₄ .

Det er blevet foreslået og undersøgt at indsætte et nyt lag mellem BiVO₄ og fluor-doteret tinoxid (FTO) kan forbedre bærerens adskillelseseffektivitet. Blandt dem, BiVO₄ /WO₃ er en dokumenteret type II heterojunction. Overflade og aflejring af et oxygenudviklingsco-katalysator (OEC) lag kan forbedre vandoxidationskinetikken. Men de fleste WO₃ arrays på FTO-elektroder udviser små array-gab (<60 nm), som ikke er befordrende for ensartet belastning af BiVO₄ nanopartikler med størrelser større end 80 nm. Desuden det øverste lag af BiVO₄ er belagt på bunden WO₃ lag for at danne en tolags heterojunction, som udviser et lille kontaktareal og uundgåelig ladningsrekombination i hoveddelen og grænsen af ​​BiVO₄ partikler.

For nylig fremstillede et forskerhold ledet af prof. Junwang Tang fra University College London, U.K. og Hai-Ying Jiang fra Northwest University, Kina WO₃ nanobowl arrays baseret på monolag kolloide krystaller (MCC'er) for at konstruere en meget matchet BiVO₄ /WO₃ heterojunction med BiVO₄ . I dette nye design er den lille BiVO₄ nanopartikler (<90 nm) er perfekt aflejret på det nederste lag af WO₃ nanobowl med en stor indvendig diameter på 920 nm. Størrelsen på BiVO₄ er mindre end huldiffusionslængden (~100 nm), hvilket sikrer, at huller effektivt overføres til overfladen. I mellemtiden, et højt ordnet monolag WO₃ NB-array blev valgt for at minimere WO₃ defekter ved korngrænser, hvilket reducerer grænseflademodstanden med FTO og øger kontaktarealet med BiVO₄ nanopartikler. Derudover den meget matchede BiVO₄ /WO₃ grænseflade kan også forbedre ladningsadskillelsen af ​​BiVO₄ , som spiller en vigtig rolle i PEC-processen. For at forbedre vandoxidationskinetikken indlæste forfatterne yderligere et OEC-lag på BiVO₄ /WO₃ NB heterojunction photoanode, som producerede omkring 5 gange højere fotostrøm og IPCE end uberørt BiVO₄ under én sollystilstand.

Resultaterne blev offentliggjort i Chinese Journal of Catalysis. + Udforsk yderligere

Spaltning af vand ved hjælp af vismutvanadat