Foto-elektrochemische (PEC) watersplitsing is een veelbelovende groene techniek voor de productie van hernieuwbare waterstof. Om een ​​praktisch PEC-systeem te construeren, is het van groot belang om efficiënte fotoanodes te ontwikkelen. BiVO₄ is geïdentificeerd als het meest veelbelovende fotoanodemateriaal vanwege de smalle bandafstand en gunstige bandposities voor waterstof- en zuurstofontwikkeling. Niettemin, BiVO₄ heeft beperkingen van lage mobiliteit van vervoerders (4×10 ⁻² cm ² ·V ⁻¹ ·s ⁻¹ ) en korte-gatdiffusielengte (<100 nm) als een fotoanode, resulterend in een onbevredigende fotostroomdichtheid (<1 mA·cm ⁻² bij 1,23V vs. RHE in neutraal medium onder AM 1.5G-verlichting). Daarom is het noodzakelijk om een ​​reeks methoden te onderzoeken om de PEC-prestaties van BiVO₄ . te verbeteren .

Er is voorgesteld en onderzocht dat het invoegen van een nieuwe laag tussen BiVO₄ en met fluor gedoteerd tinoxide (FTO) kan de efficiëntie van de scheiding van dragers verbeteren. Onder hen BiVO₄ /WO₃ is een bewezen type II heterojunctie. Oppervlakte en afzetting van een zuurstofevolutie-cokatalysator (OEC)-laag kan de kinetiek van wateroxidatie verbeteren. Maar de meeste WO₃ arrays op FTO-elektroden vertonen kleine array-hiaten (<60 nm), die niet bevorderlijk zijn voor een uniforme belasting van BiVO₄ nanodeeltjes met een grootte groter dan 80 nm. Verder is de bovenste laag van BiVO₄ is aan de onderkant gecoat WO₃ laag om een ​​dubbellaagse heterojunctie te vormen, die een klein contactoppervlak en onvermijdelijke ladingsrecombinatie vertoont in de bulk en grens van BiVO₄ deeltjes.

Onlangs heeft een onderzoeksteam onder leiding van Prof. Junwang Tang van University College London, U.K. en Hai-Ying Jiang van Northwest University, China WO₃ gefabriceerd. nanobowl-arrays op basis van monolaagse colloïdale kristallen (MCC's) om een ​​sterk op elkaar afgestemde BiVO₄ te construeren /WO₃ heterojunctie met BiVO₄ . In dit nieuwe ontwerp is de kleine BiVO₄ nanodeeltjes (<90 nm) worden perfect afgezet op de onderste laag van de WO₃ nanokom met een grote binnendiameter van 920 nm. De grootte van BiVO₄ is kleiner dan de diffusielengte van het gat (~ 100 nm), waardoor gaten efficiënt worden overgebracht naar het oppervlak. Ondertussen een zeer geordende monolaag WO₃ NB-array is gekozen om WO₃ . te minimaliseren defecten aan korrelgrenzen, waardoor de grensvlakweerstand met FTO wordt verminderd en het contactoppervlak met BiVO₄ wordt vergroot nanodeeltjes. Bovendien is de sterk op elkaar afgestemde BiVO₄ /WO₃ interface kan ook de ladingsscheiding van BiVO₄ . verbeteren , dat een belangrijke rol speelt in het PEC-proces. Om de kinetiek van wateroxidatie te verbeteren, hebben de auteurs verder een OEC-laag op de BiVO₄ /WO₃ NB heterojunctie fotoanode, die ongeveer 5 keer hogere fotostroom en IPCE produceerde dan ongerepte BiVO₄ onder één zonlichtconditie.

De resultaten zijn gepubliceerd in het Chinese Journal of Catalysis. + Verder verkennen

Water splitsen met bismutvanadaat