创纪录！中科院化学所陈春城，Angew！

光电化学(PEC)水分解是一种非常有前途的生产氢燃料的方法，为太阳能的转换和存储提供了一种经济有效的解决方案。在众多光阳极材料中，BiVO₄(BVO)具有理想的带隙(2.4 eV)，在利用可见光驱动水氧化方面具有实际应用的潜力。但是，BVO的光生电荷分离/转移困难以及材料表面水氧化动力学缓慢，导致其PEC性能远不能满足实际应用的需要。因此，有必要设计并开发合理的策略来对BVO进行修饰改性，显著提高其PEC水分解光电流密度和稳定性。

单原子金属-氮(M-N)物种已被广泛用作共催化剂，以提高水氧化动力学。基于此，中国科学院化学研究所陈春城课题组在BVO煅烧结晶前引入单原子Fe-N-C材料或其他N配位Fe化合物作为掺杂前体，合成了一种配位Fe-N掺杂的BVO(Fe-N-BVO)，用于高效催化PEC水氧化。

同时，在Fe-N-BVO表面负载水氧化共催化剂FeNiOOH后，获得的FeNiOOH/Fe-N-BVO光阳极显示出创纪录的光电流密度(在1.23 V_RHE时高达7.01 mA cm⁻²)。相比之下，研究人员还合成了N掺杂、Fe掺杂和Fe/N掺杂的BVO光阳极，但它们光活性远低于Fe-N掺杂的BVO光阳极。

系统的实验表征和理论计算表明，Fe-N共掺杂BVO光阳极的高活性归因于光诱导的体电荷分离，加速了表面水氧化动力学。具体而言，与单独组分掺杂的BVO相比，Fe-N共掺杂没有在BVO中形成深的陷阱态，而是在导带底部下方产生Fe基电子态，在价带顶部上方形成N衍生态。这种电子结构的调制使光生电子和空穴被有效捕获，增强了光生载流子的分离，同时阻碍了来自深陷阱位点的电荷复合。

总的来说，该项研究报道了一种通过金属和非金属的协同掺杂来提高水氧化光阳极催化性能的新方法，最大限度地克服了半导体中载流子分离和输运的缺点。

Fe-N co-doped BiVO₄ photoanode with record photocurrent for water oxidation. Angewandte Chemie International Edition, 2024. DOI: 10.1002/anie.202416340.

原创文章，作者：1263，如若转载，请注明来源华算科技，注明出处：https://www.v-suan.com/index.php/2024/10/23/f86a8bbc4e/

创纪录！中科院化学所陈春城，Angew！

相关推荐