釩酸鉍(BiVO
4)是一種很有前途的光電化學(PEC)水氧化材料。但是，緩慢的水氧化動力學，較差的電子傳輸性能和嚴重的電荷重組限制了其性能。在此，通過合理設計電極結(jié)構(gòu)，開發(fā)了一種新型的三重光陽極。NiFe層狀雙氫氧化物(NiFe-LDH)作為水氧化催化劑(WOC)，可加速光生空穴從BiVO
4光電極向電解質(zhì)的傳輸，以改善水氧化反應，而還原的氧化石墨烯(rGO)納米片可作為有效的電子穿梭介體，用于抑制BiVO
4/NiFe-LDH界面上的電子-空穴復合。另一方面，rGO可以使NiFe-LDH的電沉積電勢正向移動(-0.1 V vs. RHE)，極大地保護BiVO
4電極，因為負電勢會降低其PEC活性。與純的BiVO
4、BiVO
4/rGO和BiVO
4/NiFe-LDH電極相比，該電極具有更高的光電流密度，在AM 1.5 G光照下，1.23 V時的光電流密度為3.26 mA cm
-2，且具有良好的穩(wěn)定性。PEC性能的提高歸因于rGO和NiFe-LDH的協(xié)同作用，加速了光陽極/電解質(zhì)界面之間的電荷分離/轉(zhuǎn)移以及表面水的氧化反應。
Fig. 1 (A) BiVO
4、(B) BiVO
4/rGO、(C) BiVO
4/rGO/NiFe-LDH的SEM圖，BiVO
4/rGO/NiFe-LDH的(D) TEM、(E) HRTEM、(F) EDX圖。
Fig. 2 制備的光陽極的(A) XRD譜，(B)拉曼譜。
Fig. 3 制備的光電陽極的XPS分析:(A) Bi 4f，(B) V 2p，(C) O 1s，(D) Ni 2p和(E) Fe 2p結(jié)合能區(qū)。
Fig. 4 制備的光陽極的(A) LSV曲線，(B) ABPE曲線，(C) η
trans曲線，(D) i-t曲線。
Fig. 5 制備的光陽極在AM 1.5 G光照下的(A) UV-Vis漫反射光譜，(B)轉(zhuǎn)換Kubelka-Munk函數(shù)與光能量的對應圖，(C)施加電壓為1.23 V vs RHE時測量的IPCEs，(D) 0.6 V vs RHE時測量的EIS。
Fig. 6 (A) NiFe-LDH在陽極上的電化學沉積形成機理。HER的自由能圖在BiVO
4和BiVO
4/rGO的表面部位符合(B)Volmer-Heyrovsky途徑和(C)Volmer-Tafel途徑。(D) BiVO
4 (001)和BiVO
4/rGO的表面結(jié)構(gòu)。在不同電位下BiVO
4和BiVO
4/rGO的表面位點上，HER的中間態(tài)和外態(tài)自由能圖符合(E)Volmer-Heyrovsky(F)和Volmer-Tafel路徑。
Fig. 7 BiVO
4/rGO/NiFe-LDH的PEC機制。
相關(guān)研究成果于2020年由上海大學Guangren Qian課題組，發(fā)表在Journal of Materials Chemistry A (DOI: 10.1039/D0TA04572A)上。原文：Identifying dual functions of rGO in a BiVO
4/rGO/NiFe-layered double hydroxide photoanode for efficient photoelectrochemical water splitting。
摘自《石墨烯雜志》公眾號：
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