光電化學(PEC)水分解技術在太陽能轉化為化學燃料方面引起了人們的廣泛關注，同時高效光電極材料的開發(fā)對于提高太陽能-氫轉化效率至關重要。

由于釩酸鉍(BiVO₄)具有較窄的能帶(2.4-2.5 eV)和較深的價帶邊緣，可以在可見光照射下實現(xiàn)水分解。但是，BiVO₄光陽極由于電荷傳輸特性差和空穴擴散長度短(< 70 nm)，存在嚴重的電荷復合和水氧化動力學緩慢等問題。

基于此，西北工業(yè)大學黃維和王松燦等通過在NiOOH析氧助催化劑(OEC)和BiVO₄之間插入超薄的Co₃O₄層(10 nm)來構建NiOOH/Co₃O₄/BiVO₄光陽極，以提高PEC性能。

光電化學性能測試結果顯示，所制備的NiOOH/Co₃O₄/BiVO₄光陽極在AM 1.5 G輻照和1.23 V_RHE下，光電流密度達到6.4 mA cm^?2；在0.8 V下光電流密度也達到了5.16 mA cm^?2。

此外，NiOOH/Co₃O₄/BiVO₄光陽極還具有優(yōu)異的穩(wěn)定性，其在AM 1.5 G輻照和1.23 V_RHE下連續(xù)工作33小時，光電流密度稍微上升(可能是由于Co₃O₄的光熱效應促進了載流子的輸運)，并且工作40小時后性能略微下降，連續(xù)工作90小時后仍能保持約5.6 mA cm^?2的光電流密度。并且，穩(wěn)定性測試后樣品的組分和形貌未發(fā)生明顯變化。

實驗結果和理論計算表明，在NiOOH和BiVO₄之間引入Co₃O₄導致NiOOH/Co₃O₄/BiVO₄上形成了較強的內部電場，這可以促進光生空穴快速轉移到OEC層用于OER，并有效抑制了光生電荷的復合。同時，引入Co₃O₄后，NiOOH/Co₃O₄/BiVO₄光陽極上的OER決速步的能壘降低，加速了PEC水分解的動力學。

此外，該策略也同樣適用于另外兩種典型的OEC材料MnO_x和FeOOH，所制得的MnO_x/Co₃O₄/BiVO₄和FeOOH/Co₃O₄/BiVO₄光陽極表現(xiàn)出高的光電流密度，證明了Co₃O₄在改善OEC/BiVO₄光陽極的PEC水氧化性能方面的通用作用。

Engineering BiVO₄ and Oxygen Evolution Cocatalyst Interfaces with Rapid Hole Extraction for Photoelectrochemical Water Splitting. ACS Catalysis, 2023. DOI: 10.1021/acscatal.3c00444