黄维/王松灿/王连洲等Angew.: 含有氧空位的活性VOx层，助力BiVO4光电阳极实现高效光电化学水分解

钒酸铋(BiVO₄)是最有前景的光电化学(PEC)水分解半导体之一，因为它具有狭窄的带隙(2.4 eV)和低成本特性。然而，在原始BiVO₄薄膜中的低载流子迁移率(0.044 cm² V⁻¹ S⁻¹)和短空穴扩散长度(70 nm)引起严重的电荷复合。同时，由于析氧反应(OER)涉及四个电子的转移，在OER过程中的动力学非常缓慢，这也会导致严重的表面电荷复合。在PEC水分解过程中，BiVO₄光阳极也存在严重的光腐蚀，导致稳定性较差，这严重限制了其在PEC水分解中的大规模应用。

为解决上述问题，西北工业大学黄维、王松灿和昆士兰大学王连洲等通过典型的光辅助电沉积工艺，在BiVO₄光阳极上设计了一种具有富氧空位的VO_x析氧共催化剂(BVO/VO_x)，其能够有效加速OER动力学。

在PEC水分解性能测试实验中，优化后的BiVO₄/VO_x光阳极在1.23 V_RHE时表现出较高的光流密度(6.29 mA cm⁻²)，几乎是纯的BiVO₄的四倍；BiVO₄/VO_x的电荷转移效率(ղ_trans)达到96%，高于大多数报道的最先进的BiVO₄/析氧助催化剂光阳极。此外，在0.6 V_RHE下，该催化剂在AM 1.5 G光照下连续反应40 h，其光电流仅降低了11.7%，表明BiVO₄/VO_x光阳极具有良好的稳定性。

实验结果和密度泛函理论(DFT)计算表明，富氧空位的VO_x在V轨道上具有大量未配对的电子，导致形成未配位位点的存在；因此更多的水分子可以吸附在活性位点上，这使得在VO_x/电解质界面上电荷转移的电导率显著提高。

此外，BVO和VO_x之间共享的V-O键也有效地促进了电荷转移，进而大大提高了对OER的催化活性。综上，这项工作证明了钒基催化剂在PEC水氧化中的潜力，有利于推动用于太阳能-化学能转换的钒基催化剂的进一步发展。

A BiVO₄ Photoanode with a VO_x Layer Bearing Oxygen Vacancies Offers Improved Charge Transfer and Oxygen Evolution Kinetics in Photoelectrochemical Water Splitting. Angewandte Chemie International Edition, 2023. DOI: 10.1002/anie.202217346

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黄维/王松灿/王连洲等Angew.: 含有氧空位的活性VOx层，助力BiVO4光电阳极实现高效光电化学水分解

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