摘要：通过光电化学(PEC)水分解产生氢是利用太阳能最有前景的方法之一。理论上，在太阳能驱动的PEC电池中，通过打破H2O分子的共价键可以在没有外加电压的情况下产生H2和O2。但是，PEC水分解由于反应动力学缓慢、过电位高和电荷载流子重组而显示出较低的太阳能-氢气(

通过光电化学(PEC)水分解产生氢是利用太阳能最有前景的方法之一。理论上，在太阳能驱动的PEC电池中，通过打破H2O分子的共价键可以在没有外加电压的情况下产生H2和O2。但是，PEC水分解由于反应动力学缓慢、过电位高和电荷载流子重组而显示出较低的太阳能-氢气(STH)转化效率。特别是，由于质子偶合电子转移反应的动力学缓慢，光阳极OER是整体水分解的瓶颈。BiVO4光电极因其合适的带隙、低成本和高理论STH转换效率而引起了广泛关注。

然而，其在实际应用中的PEC性能远低于理论潜力，主要是由于两个主要局限性：(i)太阳光谱利用率低，受相对较宽的带隙限制；(ii)载流子迁移率低和空穴扩散长度短，导致界面上光生电荷的强重组。因此，提高BiVO4基光电极的吸光能力，并使光生电荷能够有效分离和转移，对于其水分解能力至关重要。

近日，华中科技大学王鸣魁和申燕等提出了一种简单的水热后处理方法，用于在BiVO4表面制备梯度氧空位以进行定向空穴迁移。具体而言，通过利用V-O键易于切割和V5+易于溶解的特性，成功在BiVO4表面构建了一种超薄的BiOx。葡萄糖的还原性质被用来诱导氧空位从体相到表面的梯度分布。

作为碳水化合物，葡萄糖在高温下分解产生还原气体(如CO和H2)，这有助于BiVO4的部分还原和氧空位的形成。这些气体在合成过程中的逐渐释放允许形成氧空位的梯度分布，这对于优化电荷载流子分离和运输至关重要。在以前的研究中，这种方法已被证明可以提高金属氧化物半导体的光催化和光电化学性能。

此外，葡萄糖是一种环境友善且经济高效的试剂，使其成为大规模应用的实用选择。与原始BiVO4相比，BiVO4/BiOx由于促进了定向空穴迁移而表现出改善的光电催化性能。

将层状NiFeOx助催化剂与BiVO4/BiOx复合，以进一步加速水氧化反应。最终，在AM 1.5G照射(100 mW cm-2)下，最佳的光阳极在1.23VRHE下表现出高的光电流密度(6.34 mA cm-2)，并具有优异的光稳定性。

此外，在AM 1.5G照射下，通过将BiVO4/BiOx/NiFeOx光阳极与p型半导体CuBi2O4光阴极在零偏压下相结合，串联光电化学水分解电池实现了约0.72 mA cm-2的光电流密度，相应的STH转换效率为0.89%。综上，该项研究强调了梯度Ov在提高电极性能中的关键作用，并为开发高效、稳定的PEC系统提供了一种可扩展的方法。

Boosting oxygen evolution reaction performance on BiVO4 photoanode via gradient oxygen vacancies. ACS Energy Letters, 2025. DOI: 10.1021/acsenergylett.5c00507

来源：朱老师讲VASP