La scissione dell'acqua fotoelettrochimica (PEC) è una tecnica verde promettente per la produzione di idrogeno rinnovabile. Per costruire un sistema PEC pratico, è di grande importanza sviluppare fotoanodi efficienti. BiVO₄ è stato identificato come il materiale fotoanodico più promettente a causa del suo stretto gap di banda e posizioni di banda favorevoli per l'evoluzione dell'idrogeno e dell'ossigeno. Tuttavia, BiVO₄ ha limitazioni di mobilità ridotta del vettore (4×10 ⁻² cm ² ·V ⁻¹ ·s ⁻¹ ) e lunghezza di diffusione del foro corto (<100 nm) come fotoanodo, risultando in una densità di fotocorrente insoddisfacente (<1 mA·cm ⁻² a 1,23 V rispetto a RHE in mezzo neutro con illuminazione AM 1,5 G). Pertanto, è necessario esplorare una serie di metodi per migliorare le prestazioni PEC di BiVO₄ .

È stato proposto e studiato l'inserimento di un nuovo livello tra BiVO₄ e l'ossido di stagno drogato con fluoro (FTO) può migliorare l'efficienza di separazione del vettore. Tra questi, BiVO₄ /WO₃ è una comprovata eterogiunzione di tipo II. La superficie e la deposizione di uno strato di co-catalizzatore di evoluzione dell'ossigeno (OEC) possono migliorare la cinetica di ossidazione dell'acqua. Ma la maggior parte WO₃ gli array sugli elettrodi FTO mostrano piccoli spazi vuoti dell'array (<60 nm), che non favoriscono il caricamento uniforme di BiVO₄ nanoparticelle con dimensioni maggiori di 80 nm. Inoltre, lo strato superiore di BiVO₄ è rivestito sul fondo WO₃ strato per formare un'eterogiunzione a doppio strato, che mostra una piccola area di contatto e l'inevitabile ricombinazione di carica nella massa e nel confine di BiVO₄ particelle.

Di recente, un gruppo di ricerca guidato dal Prof. Junwang Tang dell'University College London, Regno Unito e Hai-Ying Jiang della Northwest University, Cina, ha fabbricato WO₃ array di nanobowl basati su cristalli colloidali monostrato (MCC) per costruire un BiVO₄ altamente abbinato /WO₃ eterogiunzione con BiVO₄ . In questo nuovo design, il BiVO₄ di piccole dimensioni nanoparticles (<90 nm) are perfectly deposited on the bottom layer of the WO₃ nanobowl with a large inner diameter of 920 nm. The size of BiVO₄ is smaller than its hole diffusion length (~100 nm), ensuring that holes are efficiently transferred to its surface. Meanwhile, a highly ordered monolayer WO₃ NB array was chosen to minimize WO₃ defects at grain boundaries, reducing the interfacial resistance with FTO and increase the contact area with BiVO₄ nanoparticles. In addition, the highly matched BiVO₄ /WO₃ interface can also enhance the charge separation of BiVO₄ , which plays an important role in the PEC process. To enhance the water oxidation kinetics, the authors further loaded an OEC layer on the BiVO₄ /WO₃ NB heterojunction photoanode, which produced about 5 times higher photocurrent and IPCE than pristine BiVO₄ under one sunlight condition.

The results were published in the Chinese Journal of Catalysis. + Esplora ulteriormente

Splitting water using bismuth vanadate