王蕾课题组Angew：调节助催化剂/电解质组分增强BiVO4抗光腐蚀性能

注：文末有研究团队简介及本文科研思路分析

太阳能分解水制氢是实现氢能源应用的关键环节。钒酸铋(BiVO₄)半导体是目前太阳能光电催化制氢领域的重要体系之一。随着BiVO₄光电催化性能的提高，其抗光腐蚀性能研究备受关注。通常采用助催化剂层负载光阳极增强电荷传输速度，缓解光腐蚀。近日，内蒙古大学化工学院王蕾研究员（点击查看介绍）课题组通过优化BiVO₄光阳极表面负载的NiOOH组分和电解质组分，制备的BiVO₄表现出优异的光稳定性能。

该工作的要点在于：（1）通过等离子刻蚀方法使得NiOOH表面形成NiO/Ni新相，调节催化剂活性位点，有效降低NiOOH/BiVO₄间的界面复合。（2）相比于未经处理的NiOOH/BiVO₄，经等离子刻蚀的NiOOH/BiVO₄(V-NiOOH/BiVO₄)在光电流密度上显著提升，但其稳定性能降低。在其上负载FeOOH形成FeOOH/V-NiOOH/BiVO₄虽然材料的稳定性有所改善，但15 h以后仍然有所下降。等离子体刻蚀方法可以提高材料活性，但仍然不能有效提高材料稳定性能。（3）在稳定性测试施加恒定电压下，V-NiOOH中的Ni溶解形成Ni²⁺。此时，在KBi电解质中加入Fe²⁺，新形成的Ni²⁺与电解液中的Fe²⁺反应生成NiFe OER助催化剂层。相比于直接合成负载的NiFe OER助催化剂层，该新型催化剂在材料表面的溶解-沉积平衡，使得BiVO₄稳定性由原来的几个小时延长至200 h。

本文为解决BiVO₄光腐蚀问题提供了新视角，对其它类型助催化剂有一定的普适性，为合理设计提高光腐蚀性半导体（Ta₃N₅、WO₃等）稳定性提供重要依据。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Towards Long-Term Photostability of Nickel Hydroxide/BiVO4 Photoanodes for Oxygen Evolution Catalysts via In Situ Catalyst Tuning

Rui-Ting Gao, Dan He, Lijun Wu, Kan Hu, Xianhu Liu, Yiguo Su,* Lei Wang*

Angew. Chem. Int. Ed., 2020, DOI:10.1002/anie.201915671

研究团队简介

王蕾，现任内蒙古大学化工学院研究员，博士生导师。2018年12月至今在内蒙古大学化工学院独立开展工作。主要从事太阳能分解水制氢光电催化，电催化材料设计及金属腐蚀研究。目前以第一/通讯作者在Angew. Chem. Int. Ed. (2篇)、Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.、Nano Energy (2篇)、ACS Catal.、Mater. Horiz.等期刊发表论文40余篇。课题组常年招生联合培养博士/硕士研究生。

课题组主页

https://www.x-mol.com/groups/imu_wanglei

科研思路分析

Q: 是怎样有做这样一个研究的想法的？

A: 我是论文第一作者2019级硕士研究生高瑞廷。我们的研究兴趣是制备高活性且高稳定性的BiVO₄光电催化材料。但光激发的电子和空穴大部分在参与产氢产氧反应前发生复合，因此要得到性能较好的材料必须减少体相和界面复合，尤其是反应界面处的界面复合。稳定性是判断一个材料是否具有实用价值的最重要因素之一，所以希望有效解决该材料的光腐蚀难题。

Q: 研究过程遇到过哪些挑战？

A: 本项研究中最大的挑战是在保证材料光电流较高的前提下如何提升稳定性，由于光腐蚀、电腐蚀、溶液腐蚀等多方面因素的挑战，需要寻找一种可以同时兼顾活性和稳定性的助催化剂。此外，本实验也经历了多次尝试和改进，以及数次的重复实验，这要求作者对科研工作具有坚定的信心。