BiVO4光电阳极的晶体取向控制提升太阳能水氧化反应的性能

太阳能分解水是转换和储存太阳能的一种理想途径。太阳能分解水的关键技术障碍是缺乏有效的光电阳极将光转换为电荷载体，将载体进一步氧化成氧气。钒酸铋（BiVO₄）已经成为最有前途的金属氧化物光阳极，但仍然存在很多问题，如电子迁移率低（~10^-2 cm²/V•s）、空穴扩散距离小（~100 nm）以及水氧化反应慢。

为了突破BiVO₄固有特性的限制，斯坦福大学的郑晓琳教授（点击查看介绍）团队利用不对称晶体材料表现出各向异性的特点，通过控制晶体生长取向和控制暴露晶面来优化BiVO₄的物理和化学性质。研究证明，具有[001]生长取向和{001}暴露晶面的BiVO₄表现出优秀的性质，克服了上述限制。当这种优先[001]取向的BiVO₄用作光电阳极时，光电流密度在1.23 V的RHE条件下达到~6.1 mA/cm²，相应的理论最大值为~82％。这种性能与采用纳米结构和化学修饰克服这些挑战的先进BiVO₄光电阳极的性能相当。这种方法可用于其他金属氧化物以提高其性能，例如能量转换和电子器件。

该论文作者为：Hyun Soo Han, Sun Shin, Dong Hoe Kim, Ik Jae Park, Ju Seong Kim, Po-Shun Huang, Jung-Kun Lee, In Sun Cho and Xiaolin Zheng

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Boosting the solar water oxidation performance of a BiVO₄ photoanode by crystallographic orientation control

Energy Environ. Sci., 2018, 11, 1299, DOI: 10.1039/C8EE00125A

郑晓琳教授课题组简介

郑晓琳课题组主要的研究方向是燃烧纳米材料能源的交叉学科，擅长用火焰的方法合成和掺杂纳米材料。火焰合成的主要优点是高温、快速、材料性能好。研究的主要应用方向是实现太阳能到多种化学能（H₂、O₂、H₂O₂等）的高效转化。他们还致力于研究新型材料加工工艺用于制作柔性粘性可穿戴器件。

郑晓琳

http://www.x-mol.com/university/faculty/49693

课题组链接

https://web.stanford.edu/group/zheng/