光电化学电池(PEC)分解水是一种将太阳能转化为化学能的环保且可持续的方法。BiVO4(BVO)因其合适的带隙(2.4-2.5 eV)和深价带边缘，可实现可见光收集和水氧化而被认为是最有前途的光阳极材料之一。但是，BVO的空穴扩散长度很短(只有70 nm)，因此在表面/电解质界面会发生快速的电荷复合，这限制了BVO在PEC电池中的水氧化效率。
基于此，复旦大学胡可课题组将BiVO4、硫化镉纳米片(CdS NSs)、空穴传输分子(HTs)和析氧助催化剂(OECs)以级联带排列顺序组装，以实现对OEC高效的光生空穴提取和积累。
在BVO上使用CdS NS覆盖层(BVO|CdS)有三重作用：1:与BVO形成异质结，从BVO中的光生电子-空穴对中提取空穴；2.提供适合二硫醇盐形成分子单层的表面；3.提高BVO(e–)和HT+之间电荷复合的能量势垒。此外，研究人员在BVO|CdS上进一步构建了一系列具有可调能带的空穴传输分子(HT)，包括咔唑、三苯胺和吩噻嗪衍生物(分别表示为CZ、TPA和PTZ)。
HT均匀地锚定在CdS NS的表面上，通过二硫醇盐基团形成分子单层，具有合适热力学驱动力的HT可以快速提取光生空穴，然后氧化的HT、HT+在相邻的HT之间等能跳跃并最终积累OEC的氧化等效物；最后，外表面涂有一层薄薄的OEC(CoBi)，通过异质结构的级联能带排列，光生空穴被强烈地从BVO驱动到外CoBi表面，以实现有效的水氧化。瞬态吸收光谱和强度调制光电流光谱表征证明，夹在BVO和OEC之间的HT锚定CdS NS层极大地增强了界面空穴转移的动力学(比纯BVO高52倍)并有效抑制了表面累积空穴与BVO导带电子的复合，从而显著提高PEC水氧化的性能。
Rapid Hole Extraction Based on Cascade Band Alignment Boosts Photoelectrochemical Water Oxidation Efficiency. ACS Catalysis, 2022. DOI: 10.1021/acscatal.2c02773
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