大連化物所在釩酸鉍光陽極水氧化研究方面取得新進展

　　【儀表網 研發快訊】近日，中國科學院大連化學物理研究所太陽能研究部太陽能制儲氫材料與催化研究組研究員章福祥團隊在釩酸鉍(BiVO4)光陽極水氧化研究方面取得新進展，揭示了一步熱解法制備釩酸鉍光陽極中制約水氧化性能的關鍵因素為釩元素的流失以及四方相雜質的生成。(注：買儀表，賣儀表就上儀表網！ 看資訊、查訂單…一站式全搞定！)
 

　　光電催化分解水是實現太陽能到綠氫轉化的理想途徑之一。其中，高效光陽極的可控制備及易于放大是實現這一技術規模應用的關鍵一環。單斜相BiVO4是兼顧寬范圍可見光利用和優良光電穩定性特點的“明星”材料，廣泛用于光陽極水氧化研究。相比于主流的二步制備方法，一步熱解制備方法雖然具有過程簡單廉價、適用于均勻大面積BiVO4光陽極制備等優勢，但長期以來該方法制得的電極本征水氧化性能一直不理想且具體原因不清。
 

　　本工作揭示了一步熱解法制備BiVO4光陽極中制約水氧化活性的關鍵因素，即釩元素具有比鉍元素更快的流失動力學，導致產物中會包含極少量電荷傳輸能力差的四方相BiVO4，且在單斜相和四方相BiVO4間形成I型異質結構，進而抑制電荷傳輸分離效率和水氧化性能。進一步，該團隊通過系統優化前驅體含量和制備條件等，最終在1.23V vs. RHE和AM1.5光源照射下取得了4.2 mA/cm2的光電水氧化性能，與廣泛采用的二步法合成的BiVO4性能相當。此外，該研究利用優化后的一步熱解法，實現了25 cm2大面積BiVO4光陽極的可控制備和性能維持。上述成果為規?；咝рC酸鉍光陽極制備和產業化應用奠定了基礎。
 

　　大連化物所太陽能研究部長期致力于BiVO4材料在光催化全分解水的應用基礎研究，在發現單斜相BiVO4的{010}和{110}晶面間存在光生電荷分離效應基礎上，通過雙助催化劑選擇性沉積，提升了Redox離子驅動下的可見光催化放氧活性，進而與產氫光催化劑組裝，構筑了系列高效的可見光催化全分解水制氫體系；2015年至今，該團隊在粉末Z機制可見光催化全分解水制氫量子效率上連續取得突破，單波長420nm激發下制氫表觀量子效率先后達到6.8%、10.3%、12.3%。
 

　　相關研究成果以Insight into the Key Restriction of BiVO4 Photoanodes Prepared by Pyrolysis Method for Scalable Preparation為題，發表在《德國應用化學》上，并被選為VIP論文。研究工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中國科學院國際合作項目，大連市支持高層次人才創新創業等的支持。
 

　　原標題：大連化物所揭示一步熱解法制備釩酸鉍光陽極中制約水氧化性能的關鍵因素