光電催化水分解作為一種將太陽能轉化為寶貴的氫能的可再生技術受到了廣泛的關注。這個過程包括兩個半反應: 析氫反應(HER)和析氧反應(OER)。由于四電子反應的緩慢動力學，OER過程是實現高效光電催化水分解的瓶頸。釩酸鉍(BiVO4)具有較高的理論效率、較窄的禁帶寬度(2.4 eV)和有利的導帶位置，被認為是光電催化領域的關鍵材料。然而，其緩慢的空穴傳輸動力學導致光生電荷分離和傳輸效率降低，從而導致電荷容易聚集而復合。
為了提高BiVO4光陽極的電荷傳輸效率和穩定性，華南師范大學江豐課題組利用簡單的旋涂工藝在BiVO4上修飾CuSCN空穴傳輸層(空穴傳輸層的引入為光生空穴轉移提供了合適的中間能級，避免了由缺陷和表面態引起的電荷復合和俘獲)，并將其與光輔助電沉積NiCoFe-Bi催化劑相結合，得到NiCoFe-Bi/CuSCN/BiVO4光陽極。
實驗結果表明，在AM 1.5 G照射下，所得光陽極在1.23 VRHE處的光電流密度為5.6 mA cm-2，0.6 VRHE下的外加偏壓光子-電流效率(ABPE)為2.31%；同時，在50小時的連續光照下，NiCoFe-Bi/CuSCN/BiVO4光陽極表現出穩定的光電流。
此外，研究人員制備了NiCoFe-Bi/CuSCN/BiVO4-Si太陽能電池疊層器件，用于無偏壓太陽能水分解。該器件的STH為5.75%，并在無偏壓條件下經過14小時的太陽光照射后表現出相當高的長期穩定性。同時，反應4小時后，H2和O2的產量分別線性增加至327.22和164.21 μmol，平均法拉第效率接近95%，表現出優異的光電催化水分解性能。
綜上，該項工作為BiVO4光陽極提供了一種新型的空穴傳輸層，其制備工藝簡單，成本低廉，有助于未來BiVO4光陽極的大規模生產和應用。
Efficient BiVO4 photoanode with an excellent hole transport layer of CuSCN for solar water oxidation. Advanced Energy Materials, 2024. DOI: 10.1002/aenm.202304223
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