高效可见光催化材料:特定晶面暴露面助力BiVO4光阳极材料提升光电化学性能

文章概述

可见光催化水裂解制氢和有机污染物降解是未来绿色能源领域发展的重要领域之一,是近年来的研究热点。钒酸铋(BiVO4)具有中等大小的带隙(2.4eV)以及合适的能带边缘位置,对可见光光谱的吸收率高达11%,是一种非常有前景的光阳极材料。然而,在实际应用中BiVO4材料存在过量电荷复合、电荷传导性差和氧化动力学缓慢等问题。最近,上海交通大学周保学教授课题组首次设计并制备了一种特定(040)晶面暴露的BiVO4光阳极薄膜材料。光电性能测试结果表明,这种特定晶面暴露的BiVO4光阳极材料,其可见光吸附和电荷分离效率优于普通BiVO4材料。其光电流密度(1.23 V vs. RHE条件下为1.26 mA/cm2)是目前报道相同材料的最高值。400nm波长光电流转换效率为~35%。产氢速率为普通BiVO4材料的5倍。这项研究为高性能可见光光电极材料的设计和制备提供了一条新的思路。

文章引用信息

Ligang Xia . Jinhua Li . Jing Bai . Linsen Li . Shuai Chen . Baoxue Zhou,BiVO4 Photoanode with Exposed (040) Facets for Enhanced Photoelectrochemical Performance. Nano-Micro Lett.(2018)10:11.全文链接:https://doi.org/10.1007/s40820-017-0163-3此工作发表于Nano-Micro Letters期刊2018年第10卷第1期,详情请阅读全文,可免费下载。本文同步在期刊微信、微博、科学网博客、Facebook、Twitter等平台推出。以往推文请关注中文推广网站(http://nmsci.cn)

作者介绍

周保学,上海交通大学环境科学与工程学院教授、博士生导师,环境科学系系主任,院长助理。哈尔滨工业大学环境工程专业博士学位,上海交通大学环境科学与工程学院博士后,2004年教育部“新世纪优秀人才支持计划”获得者。主要从事环境功能材料、环境光电催化技术、水污染预防与控制中的关键化学技术等研究工作。   先后主持国家自然科学基金、教育部新世纪优秀人才支持计划、上海市科委重大项目、上海市纳米科技专项、中国博士后基金等研究工作10余项。参与上海市科委重大项目、山东省科委项目、国家“十五”规划教材编写项目等工作多项。发表刊物论文100余篇,其中发表的期刊包括Science、Chemical Reviews、Advanced Materials等。

主页链接:http://sese.sjtu.edu.cn/people/1626.html

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图文导读

图 1 在前驱体溶液中加入a)无 NaCl, b, e)5.85 g NaCl, d)2.93 g NaCl , f)11.7 g NaCl ,且80℃下沉积6小时BiVO4光阳极表面的扫描电镜照片,c)在前驱体溶液中添加5.85克氯化钠制备的BiVO4膜的电镜图像

图 2  a)沉积在80 C 的前驱体溶液中6h后的BiVO4光阳极的吸收光谱,b)BiVO4薄膜的带隙能量的(ahv)2与(hv)的曲线

图 3  a)无NaCl、b)有NaCl时制备的BiVO4薄膜的XRD图谱

图 4  a)有NaCl时制备的BiVO4薄膜的X射线光电子能谱,b)Bi的4f谱、c)V 的2p光谱,d)Cl 的2p谱

图 5  AM1.5G的照度下,0.1 M KH2PO4电解质中测量的PEC水氧化的BiVO4薄膜的I–V曲线

图 6 AM1.5G,100 mW cm-2光照(扫描速度为50 mV s-1时),在含有0.1 M Na2SO3作为空穴清除剂的0.1M的磷酸盐缓冲液(pH 7)测量的BiVO4电极的I–V曲线

图 7 在1.23 V与RHE在0.1 M KH2PO4溶液中测量的BiVO4薄膜的IPCE曲线

图 8  a)在AM1.5光照,0.6 V与Ag /AgCl电极在0.1 M KH2PO4溶液中测量的BiVO4光电极的水分解性能,b)用有无 NaCl制备的BiVO4光阳极的PEC体系来降解亚甲基蓝,c)相应的动力学曲线

图 9  a)归一化效率与频率对数的IMPS曲线,b)有无 NaCl制备的BiVO4光阳极的瞬态光电流

 

Nano-Micro Letters《纳微快报》


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