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用于光电化学水氧化的II型n-n交错正交相V2O5/单斜相斜铋钒矿BiVO4异质结光阳极:制备、表征与实验验证

DOI:10.1016/j.cej.2019.01.179 期刊:Chemical Engineering Journal 出版年份:2019 更新时间:2025-09-23 06:50:12
摘要: 采用单一半导体材料的传统光阳极由于具有宽禁带、电荷迁移率低以及光生载流子分离效率差且复合迅速等特性,在光电化学(PEC)水氧化方面技术上并不可行。本研究的主要目的是通过简便的电沉积合成方法制备V?O?/BiVO? n-n异质结光阳极,以克服传统单一光阳极结构所遇到的技术瓶颈。此外,利用线性扫描伏安法(LSV)、瞬态光电流响应谱(IMPS)、电化学阻抗谱(EIS)、高分辨透射电镜(HR-TEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱和紫外-可见光谱研究了BiVO?与V?O?之间能带势匹配和导电性差异的协同效应。随后在1.5 AM太阳模拟器下,使用标准三电极组装的PEC电池对光诱导水分解性能进行了评估。结果表明,V?O?/BiVO?异质结光阳极在相对于Ag/AgCl为1.5 V时实现了显著提高的光电流密度1.53 mA/cm2,分别是原始BiVO?(0.22 mA/cm2)和V?O?(0.21 mA/cm2)的6.9倍和7.3倍。这种提高归因于FTO/半导体、半导体/FTO和半导体/电解质界面处更低的电荷电阻,以及V?O?/BiVO?异质结光阳极中光注入电子的快速渡越时间(τ)为6.4毫秒。最后,利用实验结果重建了理论能带图,以验证V?O?与BiVO?之间的异质结排列,并阐明V?O?/BiVO?异质结光阳极中光生载流子的转移机制。
作者: Chong Siang Yaw,Qiushi Ruan,Junwang Tang,Ai Kah Soh,Meng Nan Chong
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研究概述 实验方案 设备清单

通过简易电沉积合成法制备V2O5/BiVO4 n-n异质结光阳极,以克服传统单一光阳极结构在光电化学水氧化中的技术瓶颈,并研究能带势匹配与导电性差异的协同效应。

V2O5/BiVO4异质结光阳极因电荷分离与转移能力增强而展现出显著提升的光电流密度,这一结论通过实验分析与理论能带图重构得到验证,为高效光电化学水氧化应用铺平了道路。

该研究在实际应用的可扩展性方面可能存在局限,电沉积条件可能存在潜在波动性,且需要进一步优化异质结界面以增强长期运行中的稳定性和效率。

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