BiVO diseñado por facetas para la oxidación del agua: ganancia de vida frente a la pérdida energética

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Fotocatálisis
• Química de las superficies

Sus antecedentes:

• La recombinación de agujeros y electrones limita la eficiencia de la reacción de evolución del oxígeno (OER) en los fotocatalizadores de óxido metálico.
• La ingeniería de facetas es una estrategia para mejorar la separación de cargas y la eficiencia de OER, pero la cinética subyacente no se entiende completamente.

Objetivo del estudio:

• Investigar el rendimiento de carga y la cinética en BiVO4 de ingeniería facetada (F-BiVO4) en comparación con BiVO4 no facetado (NF-BiVO4) utilizando espectroscopia de absorción fotoinducida.
• Cuantificar el impacto del revestimiento superficial en la acumulación de carga de larga duración y su relación con la cinética OER.

Principales métodos:

• Se utilizó la espectroscopia de absorción fotoinducida para estudiar el rendimiento de la carga y la cinética en condiciones operando.
• Comparó el BiVO4 de ingeniería facetada (F-BiVO4) con el BiVO4 no facetado (NF-BiVO4) en DI-agua y con un aceptador de electrones (Fe ((NO3) 3).
• Aplicó un modelo cinético simple para analizar la flexión de la banda y la estabilización de la carga.

Principales resultados:

• La preiluminación pasiva las trampas de agujero profundo, aumentando la acumulación de agujeros.
• F-BiVO4 mostró un aumento de 10 veces en la acumulación de carga en DI-agua y un aumento de 30 veces con Fe ((NO3) 3 en comparación con NF-BiVO4.
• La ingeniería de facetas aumentó la vida útil del agujero (de 2 a 10 segundos) y sugirió un aumento de 50 a 100 meV en la flexión de la banda, estabilizando agujeros pero retrasando ligeramente la cinética OER.

Conclusiones:

• El revestimiento superficial mejora significativamente la acumulación de carga de larga duración en los fotocatalizadores BiVO4.
• La ingeniería de facetas mejora la separación y la estabilización de la carga, lo que lleva a una mayor eficiencia fotocatalítica a pesar de una compensación con la pérdida energética.
• Este trabajo proporciona información cuantitativa sobre la cinética dependiente de la faceta para optimizar el diseño del fotocatalizador.