光电化学（PEC）水分解是将太阳能转化为清洁氢气的直接途径，在过去的几十年里引起了人们的极大关注。半导体电极(光电电极)是PEC电池的关键组件，担负着捕光、载流子产生和向水界面传输的作用。BiVO₄用于是PEC水分解的最有前途的光阳极之一，得到了广泛的研究。然而，BiVO₄在体相和表面发生的严重电荷复合严重限制了光生载流子的输运和转移效率，导致PEC性能不尽如人意。

近日，南京理工大学张侃教授报道了开发了一种利用新型深共晶溶剂（DES）从BiVO₄晶格中浸出金属原子(Bi)的后处理方法，用于BiVO₄光阳极铋空位（Bi_vac）工程。这种新型Bi_vac能显著提高电荷扩散系数，从而显著提高电荷传输效率。这代表了二元或多组分金属氧化物缺陷工程的关键进展，并为更简单、更有效的催化剂设计方法提供了新的可能性。

文章要点

1）通过与传统O_vac进行比较，显示了Bi_vac在改善PEC分水性能方面的不同作用。结果表明，BiO₈单元中形成的Bi_vac能促进体电荷的输运，使电荷扩散系数从1.82×10^-7提高到1.06×10^-6 cm² s^-1，相应的载流子分离效率从1.23 V时的26.42%提高到96.45%。

2）通过进一步负载CoBi助催化剂来提高电荷转移效率，优化了Bi_vac浓度的BiVO₄光阳极在AM 1.5G照射下，1.23 V时的光电流密度达到4.5 mA/cm²。高于先前报道的基于O_vac工程的通过类似工艺合成的BiVO₄光阳极。

这种新型的阳离子缺陷工程有望弥补O_vac在未来高效太阳能燃料转换的电荷传输性能方面的不足。

参考文献

Boosting Charge Transport in BiVO₄ Photoanode for Solar Water Oxidation, Adv. Mater. 2021

DOI: 10.1002/adma.202108178

https://doi.org/10.1002/adma.202108178