Abstract Bismuth vanadate (BiVO4) with suitable band position and visible light responsive properties has been well adopted as the efficient photocatalyst for organic pollution degradation and water oxidation. However, the traditionally used solution process for synthesizing BiVO4 involving dissolving, reacting, crystallizing, and drying is complex and time-consuming. In this study, a facile solid-state synthesis is proposed to fabricate BiVO4 powders via simply mixing the precursors. Heteroatoms doping and alkaline treatment are also realized on BiVO4 by directly incorporating relevant precursors in the solid solution. Methylene blue degradation under visible light for 80 min is enhanced to 81% when 0.1 M NaOH is used to modify BiVO4, due to the possible development of bismuth oxide/BiVO4 heterojunction and the maintenance of rough surface. On the other hand, the W and Mo co-doped BiVO4 electrode shows a higher photocurrent density of 1.17 mA/cm2 at 1.23 VRHE than that for the BiVO4 electrode (0.33 mA/cm2 at 1.23 VRHE) under AM 1.5 solar simulation, owing to the higher carrier density induced by heteroatom-doping for the former case. Different photocatalytic performances of the heteroatom and the alkaline modified BiVO4 toward methylene blue degradation and water oxidation are inferred to be caused by different material compatibilities and the trade-off of the heterojunction and surface roughness. This work not only provides the facile solid-state synthesis but also gives evidences on the varied photoelectrochemical performances toward photodegradation and water splitting for the BiVO4 photocatalysts modified using different manners.

中文翻译：

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杂原子掺杂和碱处理钒酸铋的固态合成光催化亚甲基蓝降解和水氧化

摘要 钒酸铋（BiVO4）具有合适的能带位置和可见光响应特性，已被广泛用作有机污染降解和水氧化的高效光催化剂。然而，传统上用于合成 BiVO4 的溶液过程包括溶解、反应、结晶和干燥，复杂且耗时。在这项研究中，提出了一种简便的固态合成方法，通过简单地混合前体来制造 BiVO4 粉末。通过在固溶体中直接掺入相关前体，还可以在 BiVO4 上实现杂原子掺杂和碱处理。当使用 0.1 M NaOH 改性 BiVO4 时，在可见光下 80 分钟的亚甲蓝降解增强至 81%，这是由于氧化铋/BiVO4 异质结的可能发展和粗糙表面的维持。另一方面，在 AM 1.5 太阳模拟下，W 和 Mo 共掺杂的 BiVO4 电极在 1.23 VRHE 下显示出比 BiVO4 电极更高的光电流密度（1.23 VRHE 下为 0.33 mA/cm2），这是由于对于前一种情况，杂原子掺杂引起的载流子密度更高。杂原子和碱性改性的 BiVO4 对亚甲基蓝降解和水氧化的不同光催化性能被推断是由不同的材料相容性以及异质结和表面粗糙度的权衡引起的。这项工作不仅提供了简便的固态合成，而且还证明了使用不同方式改性的 BiVO4 光催化剂在光降解和水分解方面的不同光电化学性能。W 和 Mo 共掺杂的 BiVO4 电极在 1.23 VRHE 下显示出比 BiVO4 电极（1.23 VRHE 下 0.33 mA/cm2）更高的光电流密度（在 1.23 VRHE 下），这是由于诱导的载流子密度更高对于前一种情况，通过杂原子掺杂。杂原子和碱性改性的 BiVO4 对亚甲基蓝降解和水氧化的不同光催化性能被推断是由不同的材料相容性以及异质结和表面粗糙度的权衡引起的。这项工作不仅提供了简便的固态合成，而且还证明了使用不同方式改性的 BiVO4 光催化剂在光降解和水分解方面的不同光电化学性能。W 和 Mo 共掺杂 BiVO4 电极在 1.23 VRHE 下显示出比 BiVO4 电极（1.23 VRHE 下 0.33 mA/cm2）更高的光电流密度（在 1.23 VRHE 下），这是由于诱导的载流子密度更高对于前一种情况，通过杂原子掺杂。杂原子和碱性改性的 BiVO4 对亚甲基蓝降解和水氧化的不同光催化性能被推断是由不同的材料相容性以及异质结和表面粗糙度的权衡引起的。这项工作不仅提供了简便的固态合成，而且还证明了使用不同方式改性的 BiVO4 光催化剂在光降解和水分解方面的不同光电化学性能。23 VRHE 比在 AM 1.5 太阳能模拟下的 BiVO4 电极（1.23 VRHE 时为 0.33 mA/cm2），由于前一种情况下由杂原子掺杂引起的更高载流子密度。杂原子和碱性改性的 BiVO4 对亚甲基蓝降解和水氧化的不同光催化性能被推断是由不同的材料相容性以及异质结和表面粗糙度的权衡引起的。这项工作不仅提供了简便的固态合成，而且还证明了使用不同方式改性的 BiVO4 光催化剂在光降解和水分解方面的不同光电化学性能。23 VRHE 比在 AM 1.5 太阳能模拟下的 BiVO4 电极（1.23 VRHE 时为 0.33 mA/cm2），由于前一种情况下由杂原子掺杂引起的更高载流子密度。杂原子和碱性改性的 BiVO4 对亚甲基蓝降解和水氧化的不同光催化性能被推断是由不同的材料相容性以及异质结和表面粗糙度的权衡引起的。这项工作不仅提供了简便的固态合成，而且还证明了使用不同方式改性的 BiVO4 光催化剂在光降解和水分解方面的不同光电化学性能。由于前一种情况下杂原子掺杂引起的载流子密度更高。杂原子和碱性改性的 BiVO4 对亚甲基蓝降解和水氧化的不同光催化性能被推断是由不同的材料相容性以及异质结和表面粗糙度的权衡引起的。这项工作不仅提供了简便的固态合成，而且还证明了使用不同方式改性的 BiVO4 光催化剂在光降解和水分解方面的不同光电化学性能。由于前一种情况下杂原子掺杂引起的载流子密度更高。杂原子和碱性改性的 BiVO4 对亚甲基蓝降解和水氧化的不同光催化性能被推断是由不同的材料相容性以及异质结和表面粗糙度的权衡引起的。这项工作不仅提供了简便的固态合成，而且还证明了使用不同方式改性的 BiVO4 光催化剂在光降解和水分解方面的不同光电化学性能。杂原子和碱性改性的 BiVO4 对亚甲基蓝降解和水氧化的不同光催化性能被推断是由不同的材料相容性以及异质结和表面粗糙度的权衡引起的。这项工作不仅提供了简便的固态合成，而且还证明了使用不同方式改性的 BiVO4 光催化剂在光降解和水分解方面的不同光电化学性能。杂原子和碱性改性的 BiVO4 对亚甲基蓝降解和水氧化的不同光催化性能被推断是由不同的材料相容性以及异质结和表面粗糙度的权衡引起的。这项工作不仅提供了简便的固态合成，而且还证明了使用不同方式改性的 BiVO4 光催化剂在光降解和水分解方面的不同光电化学性能。