Исследователи выявили ключевое ограничение фотоанодов ванадата висмута, приготовленных методом пиролиза

28 августа 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

рецензируемое издание

надежный источник

корректура

Ли Юань, Китайская академия наук

Фотоэлектрохимическое (PEC) расщепление воды является идеальным подходом для преобразования солнечной энергии в зеленый водород, а контролируемое приготовление и простота масштабирования эффективных фотоанодов имеют решающее значение для практического применения. Ванадат висмута с моноклинной фазой (BiVO4) является перспективным фотоанодом благодаря широкому использованию видимого света и хорошей фотоэлектрохимической стабильности.

По сравнению с популярными двухэтапными методами приготовления одностадийный метод пиролиза имеет множество преимуществ, таких как простота, низкая стоимость и применимость для изготовления однородных фотоанодов BiVO4 большой площади. Однако эффективность собственных электродов BiVO4 одностадийным методом неудовлетворительна.

Недавно исследовательская группа под руководством профессора Чжан Фусяна из Даляньского института химической физики (DICP) Китайской академии наук (CAS) выявила ключевые факторы, ограничивающие эффективность окисления воды фотоанодов BiVO4, приготовленных методом одностадийного пиролиза: потеря элементов ванадия и образование примесей тетрагональной фазы.

Исследование было опубликовано в журнале Angewandte Chemie International Edition 15 июля.

Исследователи обнаружили, что ванадий (V) имеет более быструю кинетику выщелачивания, чем висмут (Bi), что приводит к включению нескольких тетрагональных BiVO4 с плохой способностью к переносу заряда, что является ключевым ограничением фотоанодов BiVO4, приготовленных методом одностадийного пиролиза.

Чтобы решить эту проблему, они оптимизировали согласованность предшественника и достигли производительности 4,2 мА/см2 при 1,23 В по сравнению с RHE при искусственном солнечном освещении, что было сопоставимо с электродом BiVO4 при двухэтапном методе. Кроме того, доступен оптимизированный одностадийный метод пиролиза для контролируемого изготовления надежных фотоанодов BiVO4 большой площади до 25 см2.

«Наша работа демонстрирует возможность масштабируемого приготовления эффективных фотоанодов BiVO4 и открывает путь к практическому промышленному применению расщепления воды PEC», — сказал профессор Чжан.

Больше информации: Ненгконг Ян и др., Взгляд на ключевое ограничение фотоанодов BiVO4, полученных методом пиролиза для масштабируемого приготовления, Angewandte Chemie International Edition (2023). DOI: 10.1002/anie.202308729.

Информация журнала:Международное издание «Прикладная химия»

Предоставлено Китайской академией наук