科研人员设计构筑平面钒酸铋光阳极用于太阳能制氢
文章导读
你正在为太阳能制氢的效率瓶颈发愁，总觉得现有材料要么成本太高，要么转化率太低。大多数研究团队还在死磕传统催化剂，却忽略了一个关键事实——材料中隐藏的微量杂质才是性能的隐形杀手。中科院团队这次突破性地发现，通过精准控制钒酸铋的晶体结构，竟然能让制氢效率实现质的飞跃。那个被忽视的晶面分离效应，配合巧妙的双助催化剂策略，正在改写太阳能制氢的游戏规则。想知道他们如何用这个看似简单的设计，实现了无偏压下4.7%的制氢效率突破吗？
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单斜相钒酸铋（BiVO4）具有可见光响应宽、稳定性好等优点。此前研究发现，金属热解法（MOD）制备的BiVO4光阳极中微量四方相杂质残存是限制其水氧化性能的根本结构因素。
近日，中国科学院大连化学物理研究所科研团队在BiVO4光阳极研究领域取得进展。团队基于密度泛函理论计算，通过理论模拟筛选与实验相结合，设计合成了钼（Mo）掺杂的BiVO4光阳极，解决了MOD制备BiVO4光阳极中存在相不纯、电荷复合严重等导致活性不高的问题，实现了四方相的抑制生成与高载流子迁移率的兼顾，提升了其光电催化性能。
团队进一步组装了太阳能至氢能（STH）转化效率达4.7%的光伏—光电（PV-PEC）耦合叠层器件，实现了无偏压下光驱动的全分解水制氢，STH效率达到4.7%，为规模化应用奠定了材料与实验基础。
研究团队在发现BiVO4的{010}和{110}晶面间存在光生电荷分离效应的基础上，还发展了双助催化剂选择性沉积协同促进电荷分离和表面催化的新策略，进而构筑了系列以BiVO4为放氧光催化剂的“Z”机制全分解水制氢体系，不断提高了在420nm可见光激发下的制氢表观量子效率。
相关研究成果发表在《国家科学评论》（National Science Review）上。研究工作得到国家自然科学基金委员会等的支持。
大连化物所设计构筑平面钒酸铋光阳极用于太阳能制氢
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