La división de agua fotoelectroquímica (PEC) es una técnica verde prometedora para la producción de hidrógeno renovable. Para construir un sistema PEC práctico, es de gran importancia desarrollar fotoánodos eficientes. BiVO₄ ha sido identificado como el material de fotoánodo más prometedor debido a su banda prohibida estrecha y posiciones de banda favorables para la evolución de hidrógeno y oxígeno. No obstante, BiVO₄ tiene limitaciones de baja movilidad del portador (4×10 ⁻² cm ² ·V ⁻¹ ·s ⁻¹ ) y longitud de difusión de orificios cortos (<100 nm) como fotoánodo, lo que da como resultado una densidad de fotocorriente insatisfactoria (<1 mA·cm ⁻² a 1,23 V frente a RHE en medio neutro con iluminación AM 1,5G). Por lo tanto, es necesario explorar una serie de métodos para mejorar el rendimiento de PEC de BiVO₄ .

Se ha propuesto e investigado que insertar una nueva capa entre BiVO₄ y el óxido de estaño dopado con flúor (FTO) puede mejorar la eficiencia de separación del portador. Entre ellos, BiVO₄ /WO₃ es una heterounión de tipo II comprobada. La superficie y la deposición de una capa de cocatalizador de evolución de oxígeno (OEC) pueden mejorar la cinética de oxidación del agua. Pero la mayoría de WO₃ los arreglos en los electrodos FTO exhiben pequeños espacios en el arreglo (<60 nm), que no conducen a una carga uniforme de BiVO₄ nanopartículas con tamaños superiores a 80 nm. Además, la capa superior de BiVO₄ está recubierto en la parte inferior WO₃ capa para formar una heterounión bicapa, que exhibe un área de contacto pequeña y una recombinación de carga inevitable en la mayor parte y el límite de BiVO₄ partículas.

Recientemente, un equipo de investigación dirigido por el Prof. Junwang Tang de University College London, Reino Unido, y Hai-Ying Jiang de Northwest University, China, fabricó WO₃ Arreglos de nanocuencos basados ​​en cristales coloidales monocapa (MCC) para construir un BiVO₄ altamente adaptado /WO₃ heterounión con BiVO₄ . En este novedoso diseño, el BiVO₄ de pequeño tamaño las nanopartículas (<90 nm) se depositan perfectamente en la capa inferior del WO₃ nanobowl con un gran diámetro interior de 920 nm. El tamaño de BiVO₄ es más pequeño que la longitud de difusión de su orificio (~100 nm), lo que garantiza que los orificios se transfieran eficientemente a su superficie. Mientras tanto, una monocapa altamente ordenada WO₃ Se eligió la matriz NB para minimizar WO₃ defectos en los límites de grano, reduciendo la resistencia interfacial con FTO y aumentando el área de contacto con BiVO₄ nanopartículas. Además, el BiVO₄ altamente adaptado /WO₃ La interfaz también puede mejorar la separación de carga de BiVO₄ , que juega un papel importante en el proceso PEC. Para mejorar la cinética de oxidación del agua, los autores cargaron aún más una capa de OEC en el BiVO₄ /WO₃ Fotoánodo de heterounión NB, que produjo una fotocorriente e IPCE aproximadamente 5 veces más altos que el BiVO₄ prístino bajo una condición de luz solar.

Los resultados se publicaron en el Chinese Journal of Catalysis. + Explora más

Separación de agua con vanadato de bismuto