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研究概述

在半導體中，電荷分離和轉移的強大驅動力對于設計用于太陽能轉換的有效光電極至關重要。

雖然缺陷工程和偏振對準可以增強這一過程，但它們在光電極內的潛在干擾仍不清楚。

2024年10月23日，澳大利亞昆士蘭大學王連洲教授、王志亮研究員在國際頂級期刊Nature Communications發表題為《Oxygen vacancy induced defect dipoles in BiVO₄?for photoelectrocatalytic partial oxidation of methane》的研究論文。

這項研究表明，釩酸鉍（BiVO₄）中的氧空位會因對稱性破壞而產生缺陷偶極子。修飾的光電極在電荷分離和轉移能力與外部電極化之間表現出很強的相關性，在未修飾的樣品中是看不到的。

在-150 V下應用極化可將電荷分離和轉移效率提高到90%以上。負載鎳鐵氧化物基助催化劑后，光電極上的光電流密度達到6.3 mA cm^-2。

此外，利用產生的空穴進行甲烷部分氧化可以生產法拉第效率約為6%的甲醇。

這些發現為將溫室氣體光電催化轉化為有價值的化學產品提供了寶貴的見解。

圖文解讀

圖1：氧空位的形成誘導缺陷偶極子

圖2：缺陷偶極子調節PEC性能

圖3：NiFeO_x/EBVO光電極的水氧化性能

圖4：NiFeO_x/EBVO-(-150)光電極上的甲烷部分氧化

文獻信息

Li, X., Wang, Z., Sasani, A.?et al.?Oxygen vacancy induced defect dipoles in BiVO₄?for photoelectrocatalytic partial oxidation of methane.?Nat Commun?15, 9127 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-53426-8

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