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钒酸铋(BiVO
4
)是最有前景的光电化学(PEC)水分解半导体之一，因为它具有狭窄的带隙(2.4 eV)和低成本特性。然而，在原始BiVO
4
薄膜中的低载流子迁移率(0.044 cm
2
V
−1
S
−1
)和短空穴扩散长度(70 nm)引起严重的电荷复合。
同时，由于析氧反应(OER)涉及四个电子的转移，在OER过程中的动力学非常缓慢，这也会导致严重的表面电荷复合。在PEC水分解过程中，BiVO
4
光阳极也存在严重的光腐蚀，导致稳定性较差，这严重限制了其在PEC水分解中的大规模应用。
为解决上述问题，
西北工业大学黄维
、
王松灿
和
昆士兰大学王连洲
等通过典型的光辅助电沉积工艺，在BiVO
4
光阳极上设计了一种具有富氧空位的VO
x
析氧共催化剂(BVO/VO
x
)，其能够有效加速OER动力学。
在PEC水分解性能测试实验中，优化后的BiVO
4
/VO
x
光阳极在1.23 V
RHE
时表现出较高的光流密度(6.29 mA cm
−2
)，几乎是纯的BiVO
4
的四倍；BiVO
4
/VO
x
的电荷转移效率(ղ
trans
)达到96%，高于大多数报道的最先进的BiVO
4
/析氧助催化剂光阳极。
此外，在0.6 V
RHE
下，该催化剂在AM 1.5 G光照下连续反应40 h，其光电流仅降低了11.7%，表明BiVO
4
/VO
x
光阳极具有良好的稳定性。
实验结果和密度泛函理论(DFT)计算表明，富氧空位的VO
x
在V轨道上具有大量未配对的电子，导致形成未配位位点的存在；因此更多的水分子可以吸附在活性位点上，这使得在VO
x
/电解质界面上电荷转移的电导率显著提高。
此外，BVO和VO
x
之间共享的V-O键也有效地促进了电荷转移，进而大大提高了对OER的催化活性。综上，这项工作证明了钒基催化剂在PEC水氧化中的潜力，有利于推动用于太阳能-化学能转换的钒基催化剂的进一步发展。
A BiVO
4
Photoanode with a VO
x
Layer Bearing Oxygen Vacancies Offers Improved Charge Transfer and Oxygen Evolution Kinetics in Photoelectrochemical Water Splitting. Angewandte Chemie International Edition, 2023. DOI: 10.1002/anie.202217346
