徐晓翔课题组ACS Catalysis：面辅助光生载流子分离，助力单晶Bi2YO4Cl高效PEC水分解

近年来，有许多报道表明混合阴离子化合物Bi₂YO₄Cl具有巨大的太阳能内光电效应能量转换潜力，适用于太阳能水分解。但由于光生载流子(e⁻和h⁺)分离不佳，严重限制了其光催化活性。因此，通过引入适当的驱动力来引导光生载流子的分离和转移，可能有效提升Bi₂YO₄Cl的催化活性。

基于此，同济大学徐晓翔课题组利用面工程技术对Bi₂YO₄Cl进行改性，制备出以{001}和{100}晶面为主的板状单晶，其存在一种面辅助光生载流子分离机制。

根据密度泛函理论(DFT)的计算，由于Bi₂YO₄Cl的{001}和{100}面具有不同的能态，在晶体内部建立了内置电场；通过光沉积实验和模拟分析表明，内置电场提供了一个强大的电驱动力来分离和引导光生载流子迁移到不同的晶面。并且内置的电场也是可调的，它的强度可以通过控制暴露的{001}和{100}面很容易进行修改。

此外，{001}面终止于Cl⁻，当Cl⁻被部分去除以产生Cl⁻空位时，由于这些阴离子缺陷诱导的正电位，电子将强烈地捕获在这些Cl⁻空位上；相反，{100}面被几个离子终止(包括Cl⁻、O²⁻和Y³⁺)，表面部分配位的Y³⁺阳离子可以与OH⁻阴离子结合，而OH⁻阴离子成为捕获空穴的低电位区域，{001}和{100}面的表面化学的这种差异可能是改善光生载流子分离的另一个原因。

由于小平面辅助光生载流子分离，这些Bi₂YO₄Cl单晶表现出优异的太阳能水分解反应活性。具体而言，在最佳的反应条件下，在420 ± 20 nm处，多晶面Bi₂YO₄Cl晶体的O₂和H₂析出量子效率分别达到7.51%和2.52%。同时，采用Z型异质结构，以多晶面Bi₂YO₄Cl晶体作为析氧光催化剂，SrTiO₃: Rh作为析氢催化剂，可以实现高效稳定全水分解。

此外，在1.23 V_RHE和AM 1.5 G(100 mW cm⁻²)下，以多晶面Bi₂YO₄Cl晶体制备的光电极可获得1.57 mA cm⁻²的高光电流密度，相应的O₂和H₂法拉第效率接近100%。

Single-Crystalline Bi₂YO₄Cl with Facet-Aided Photocarrier Separation for Robust Solar Water Splitting. ACS Catalysis, 2023. DOI: 10.1021/acscatal.2c05768

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徐晓翔课题组ACS Catalysis：面辅助光生载流子分离，助力单晶Bi2YO4Cl高效PEC水分解

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