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High-performance and stable BiVO4 photoanodes for solar water splitting via phosphorus–oxygen bonded FeNi catalysts
Energy & Environmental Science ( IF 32.4 ) Pub Date : 2022-05-20 , DOI: 10.1039/d2ee00936f Zhenzhen Zhang 1, 2 , Xiaojuan Huang 1 , Beibei Zhang 1 , Yingpu Bi 1, 3
Energy & Environmental Science ( IF 32.4 ) Pub Date : 2022-05-20 , DOI: 10.1039/d2ee00936f Zhenzhen Zhang 1, 2 , Xiaojuan Huang 1 , Beibei Zhang 1 , Yingpu Bi 1, 3
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Solar-driven photoelectrochemical water splitting is a promising technique for solar energy conversion, while its practical application is currently hampered by the sluggish oxygen evolution kinetics. Herein, we report that phosphorus–oxygen bonded FeNi catalysts and BiVO4 photoanodes could significantly promote the PEC water oxidation activity and stability. More specifically, a record photocurrent density of 6.73 mA cm−2 at 1.23 V (vs. reversible hydrogen electrode (RHE), AM 1.5 G) has been achieved, accompanied by an outstanding long-term durability. The detailed experimental and analysis results clearly reveal that the incorporation of P–O interfacial bonds leads to electron density redistribution and strong electronic coupling between the FeNi catalysts and BiVO4 photoanodes. More specifically, such interfacial features not only promote the electron transfer from Bi sites to Fe atoms for significantly enhancing the PEC activity but also facilitate the electron injection from Ni atoms to the V site for stabilizing the V atom in the BiVO4 lattice to guarantee structural stability. This work provides a new insight for designing highly efficient photoanodes for solar water splitting applications.
中文翻译：
高性能稳定的 BiVO4 光阳极通过磷-氧键合 FeNi 催化剂用于太阳能水分解
太阳能驱动的光电化学水分解是一种很有前途的太阳能转换技术，但其实际应用目前受到缓慢的析氧动力学的阻碍。在此，我们报道了磷氧键合的 FeNi 催化剂和 BiVO 4光阳极可以显着促进 PEC 水的氧化活性和稳定性。更具体地说，在 1.23 V 时创纪录的光电流密度为 6.73 mA cm -2 ( vs.可逆氢电极 (RHE)，AM 1.5 G)，并具有出色的长期耐用性。详细的实验和分析结果清楚地表明，P-O 界面键的引入导致 FeNi 催化剂和 BiVO 4光阳极之间的电子密度重新分布和强电子耦合。更具体地说，这种界面特征不仅促进了电子从 Bi 位点到 Fe 原子的转移，从而显着提高了 PEC 活性，而且还促进了电子从 Ni 原子注入到 V 位点，从而稳定了 BiVO 4晶格中的 V 原子，以保证结构稳定。这项工作为设计用于太阳能水分解应用的高效光阳极提供了新的见解。
更新日期：2022-05-20
中文翻译：
高性能稳定的 BiVO4 光阳极通过磷-氧键合 FeNi 催化剂用于太阳能水分解
太阳能驱动的光电化学水分解是一种很有前途的太阳能转换技术，但其实际应用目前受到缓慢的析氧动力学的阻碍。在此，我们报道了磷氧键合的 FeNi 催化剂和 BiVO 4光阳极可以显着促进 PEC 水的氧化活性和稳定性。更具体地说，在 1.23 V 时创纪录的光电流密度为 6.73 mA cm -2 ( vs.可逆氢电极 (RHE)，AM 1.5 G)，并具有出色的长期耐用性。详细的实验和分析结果清楚地表明，P-O 界面键的引入导致 FeNi 催化剂和 BiVO 4光阳极之间的电子密度重新分布和强电子耦合。更具体地说，这种界面特征不仅促进了电子从 Bi 位点到 Fe 原子的转移，从而显着提高了 PEC 活性，而且还促进了电子从 Ni 原子注入到 V 位点，从而稳定了 BiVO 4晶格中的 V 原子，以保证结构稳定。这项工作为设计用于太阳能水分解应用的高效光阳极提供了新的见解。
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