Fotoelektrokemisk (PEC) vattenklyvning är en lovande grön teknik för förnybar väteproduktion. För att konstruera ett praktiskt PEC-system är det av stor betydelse att utveckla effektiva fotoanoder. BiVO₄ har identifierats som det mest lovande fotoanodmaterialet på grund av dess smala bandgap och gynnsamma bandpositioner för väte- och syreutveckling. Ändå BiVO₄ har begränsningar av låg bärares rörlighet (4×10 ⁻² ). cm ² ·V ⁻¹ ·s ⁻¹ ) och kort håls diffusionslängd (<100 nm) som en fotoanod, vilket resulterar i en otillfredsställande fotoströmdensitet (<1 mA·cm ⁻² vid 1,23V vs. RHE i neutralt medium under AM 1,5G-belysning). Därför är det nödvändigt att utforska en rad metoder för att förbättra PEC-prestandan för BiVO₄ .

Det har föreslagits och undersökts att infoga ett nytt lager mellan BiVO₄ och fluordopad tennoxid (FTO) kan förbättra bärarseparationens effektivitet. Bland dem, BiVO₄ /WO₃ är en beprövad heterojunction typ II. Yta och avsättning av ett syreevolution co-catalyst (OEC) lager kan förbättra vattenoxidationskinetiken. Men de flesta WO₃ arrayer på FTO-elektroder uppvisar små array-gap (<60 nm), som inte bidrar till enhetlig belastning av BiVO₄ nanopartiklar med storlekar större än 80 nm. Dessutom det övre lagret av BiVO₄ är belagd på botten WO₃ lager för att bilda en dubbelskikts heteroövergång, som uppvisar en liten kontaktyta och oundviklig laddningsrekombination i bulken och gränsen för BiVO₄ partiklar.

Nyligen tillverkade ett forskarlag under ledning av prof. Junwang Tang från University College London, U.K. och Hai-Ying Jiang från Northwest University, Kina WO₃ nanobowl-arrayer baserade på monolager kolloidala kristaller (MCC) för att konstruera en mycket matchad BiVO₄ /WO₃ heterojunction med BiVO₄ . I denna nya design, den lilla BiVO₄ nanopartiklar (<90 nm) är perfekt avsatta på bottenskiktet av WO₃ nanobowl med en stor innerdiameter på 920 nm. Storleken på BiVO₄ är mindre än dess håldiffusionslängd (~100 nm), vilket säkerställer att hålen effektivt överförs till dess yta. Under tiden, ett högordat monolager WO₃ NB-array valdes för att minimera WO₃ defekter vid korngränser, vilket minskar gränsytresistansen med FTO och ökar kontaktytan med BiVO₄ nanopartiklar. Dessutom den mycket matchade BiVO₄ /WO₃ gränssnittet kan också förbättra laddningsseparationen för BiVO₄ , som spelar en viktig roll i PEC-processen. För att förbättra vattenoxidationskinetiken laddade författarna ytterligare ett OEC-lager på BiVO₄ /WO₃ OBS heterojunction photoanode, som producerade cirka 5 gånger högre fotoström och IPCE än orörd BiVO₄ under ett solljusförhållande.

Resultaten publicerades i Chinese Journal of Catalysis. + Utforska vidare

Dela vatten med vismutvanadat