香港城市大学吴永豪课题组Small：氧化锌钝化层促进钒酸铋光阳极产过氧化氢

近 日，香港城市大学吴永豪教授和澳门科技大学吴昊助理教授在 著名学术期刊 Small 上发表了题为 Thin Zinc Oxide Layer Passivating Bismuth Vanadate for Selective Photoelectrochemical Water Oxidation to Hydrogen Peroxide 的论文。本文 设计合成了氧化锌薄膜钝化的钒酸铋光阳极。在模拟太阳光照射下，它可以调节电解液 / 电极界面的电荷转移，高效生产过氧化氢 。

引言

光电化学二电子水氧化是一种新兴的过氧化氢生成方法。与传统工业的蒽醌工艺相比，这种方法应用前景广阔，能实现可持续制备。然而，与二电子水氧化生成过氧化氢 (1.78 V) 相比，四电子水氧化产生氧气 (1.23 V) 在热力学上更有优势。此外，过氧化氢自分解也会降低其产量。针对这些问题，本文在钒酸铋光阳极上构建氧化锌钝化层，提高水氧化生成过氧化氢的选择性，并从动力学角度解释选择性调控机理 。

图文导读

未经处理的 BiVO ₄ 光阳极具有光滑的表面。 ZnO 涂覆后的 BiVO ₄ 光阳极形貌相似，但表面出现了粗糙的絮状结构。 XPS 结果表明 ZnO 涂覆后光阳极的 Bi 和 V 信号消减， Zn 信号出现；且晶格氧的 Bi-O 键被 Zn-O 键取代，证明 BiVO ₄ 光阳极上形成了均匀的 ZnO 薄膜 。

ZnO 薄膜修饰可以提高水氧化生成过氧化氢的选择性和产量。此外， PL 结果显示 ZnO 修饰可以抑制光生电荷重组，进而增强光电流强度 。

ZnO 修饰能够减缓光阳极能带弯曲，促使光照下半费米能级正移，使其更接近电势高二电子水氧化电位 (1.78 V) ，远离电势低的四电子水氧化电位 (1.23 V) 。此外，由光电化学阻抗表征得到了光阳极表面的空穴密度。结果表明， ZnO 涂覆后光阳极表面的空穴密度提高，且在二电子水氧化电位附近出现了空穴累积峰，进而促进光生空穴参与二电子水氧化产过氧化氢 ^。

^{过氧化氢在电极上分解能够改变开路电压。外加过氧化氢引起的电压差大小可代表其在光阳极上的分解程度。负载 ZnO 后，光阳极的开路电压差减小。且经 ZnO 修饰后，光照下过氧化氢自然分解速度减缓，证实 ZnO 薄膜可以抑制过氧化氢分解 。}