A separação de água fotoeletroquímica (PEC) é uma técnica verde promissora para a produção de hidrogênio renovável. Para construir um sistema PEC prático, é de grande importância desenvolver fotoanodos eficientes. BiVO₄ foi identificado como o material fotoânodo mais promissor por causa de sua banda estreita e posições de banda favoráveis ​​para a evolução de hidrogênio e oxigênio. No entanto, BiVO₄ tem limitações de baixa mobilidade da operadora (4×10 ⁻² cm ² ·V ⁻¹ ·s ⁻¹ ) e comprimento de difusão de buraco curto (<100 nm) como um fotoânodo, resultando em uma densidade de fotocorrente insatisfatória (<1 mA·cm ⁻² a 1,23V vs. RHE em meio neutro sob iluminação AM 1,5G). Portanto, é necessário explorar uma série de métodos para melhorar o desempenho do PEC do BiVO₄ .
Foi proposto e investigado que a inserção de uma nova camada entre o BiVO₄ e óxido de estanho dopado com flúor (FTO) pode melhorar a eficiência de separação do transportador. Entre eles, BiVO₄ /WO₃ é uma heterojunção tipo II comprovada. A superfície e a deposição de uma camada de co-catalisador de evolução de oxigênio (OEC) podem melhorar a cinética de oxidação da água. Mas a maioria dos WO₃ matrizes em eletrodos FTO exibem pequenas lacunas de matriz (<60 nm), que não são propícias ao carregamento uniforme de BiVO₄ nanopartículas com tamanhos maiores que 80 nm. Além disso, a camada superior do BiVO₄ é revestido na parte inferior WO₃ camada para formar uma heterojunção de bicamada, que exibe uma pequena área de contato e recombinação de carga inevitável no volume e limite de BiVO₄ partículas.

Recentemente, uma equipe de pesquisa liderada pelo Prof. Junwang Tang, da University College London, Reino Unido, e Hai-Ying Jiang, da Northwest University, China, fabricou WO₃ matrizes de nanobowl baseadas em cristais coloidais de monocamada (MCCs) para construir um BiVO altamente compatível₄ /WO₃ heterojunção com BiVO₄ . Neste design inovador, o pequeno BiVO₄ nanopartículas (<90 nm) são perfeitamente depositadas na camada inferior do WO₃ nanobowl com um grande diâmetro interno de 920 nm. O tamanho do BiVO₄ é menor que o comprimento de difusão do orifício (~100 nm), garantindo que os orifícios sejam transferidos de forma eficiente para sua superfície. Enquanto isso, uma monocamada altamente ordenada WO₃ A matriz NB foi escolhida para minimizar WO₃ defeitos nos contornos de grão, reduzindo a resistência interfacial com FTO e aumentando a área de contato com BiVO₄ nanopartículas. Além disso, o altamente compatível BiVO₄ /WO₃ interface também pode melhorar a separação de carga do BiVO₄ , que desempenha um papel importante no processo de PEC. Para melhorar a cinética de oxidação da água, os autores carregaram ainda uma camada OEC no BiVO₄ /WO₃ Fotoanodo de heterojunção NB, que produziu cerca de 5 vezes mais fotocorrente e IPCE do que o BiVO puro₄ sob uma condição de luz solar.

Os resultados foram publicados no Chinese Journal of Catalysis. + Explorar mais

Divisão da água usando vanadato de bismuto