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研究概述

在半导体中，电荷分离和转移的强大驱动力对于设计用于太阳能转换的有效光电极至关重要。

虽然缺陷工程和偏振对准可以增强这一过程，但它们在光电极内的潜在干扰仍不清楚。

2024年10月23日，澳大利亚昆士兰大学王连洲教授、王志亮研究员在国际顶级期刊Nature Communications发表题为《Oxygen vacancy induced defect dipoles in BiVO₄ for photoelectrocatalytic partial oxidation of methane》的研究论文。

这项研究表明，钒酸铋（BiVO₄）中的氧空位会因对称性破坏而产生缺陷偶极子。修饰的光电极在电荷分离和转移能力与外部电极化之间表现出很强的相关性，在未修饰的样品中是看不到的。

在-150 V下应用极化可将电荷分离和转移效率提高到90%以上。负载镍铁氧化物基助催化剂后，光电极上的光电流密度达到6.3 mA cm^-2。

此外，利用产生的空穴进行甲烷部分氧化可以生产法拉第效率约为6%的甲醇。

这些发现为将温室气体光电催化转化为有价值的化学产品提供了宝贵的见解。

图文解读

图1：氧空位的形成诱导缺陷偶极子

图2：缺陷偶极子调节PEC性能

图3：NiFeO_x/EBVO光电极的水氧化性能

图4：NiFeO_x/EBVO-(-150)光电极上的甲烷部分氧化

文献信息

Li, X., Wang, Z., Sasani, A. et al. Oxygen vacancy induced defect dipoles in BiVO₄ for photoelectrocatalytic partial oxidation of methane. Nat Commun 15, 9127 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-53426-8

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