Fe-N 同化BiVO₄ 光电极与记录光电流的氧化水氧化

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 电化学 电化学 电化学
• 可再生能源是可再生能源的来源.

背景情况:

• 岩瓦纳酸盐 (BVO) 是光电化学 (PEC) 水分的有前途的光电极材料.
• 关键的限制包括缓慢的电荷分离,运输和缓慢的水氧化动力学,阻碍光效.

研究的目的:

• 为了提高BVO光阳极的电荷分离性能和光效率.
• 调查铁 (Fe) 和 (N) 联合兴奋剂对BVO特性的影响.

主要方法:

• 配合BVO与Fe和N使用一个N-协调的Fe前体.
• 制造Fe-N联合合的BVO (Fe-N-BVO) 光电极.
• 使用辅助催化剂 (FeNiOOH) 进行表面修饰.
• 使用光电流密度测量,X射线光电子光谱 (XPS),扩展X射线吸收细结构 (EXAFS) 和密度函数理论 (DFT) 计算进行了表征.

主要成果:

• 在一个太阳照明下,Fe-N-BVO光电极在1.23V与RHE下实现了创纪录的光电流密度7.01mA cm-2在1.23V与RHE下.
• 联合兴奋剂显著增强了光学诱导的散装电荷分离,加速了地表水的氧化动力学.
• DFT和实验数据表明,导电带以下的Fe基状态和带以上的N基状态,促进载体分离和阻碍重组.

结论:

• 铁-联合兴奋剂是一种有效的策略,可以克服BVO对PEC水分裂的限制.
• 优化的电子结构增强了电荷分离和催化活性,从而提高了光电极的性能和稳定性.