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內大王蕾/蘇毅國Appl. Catal. B.: 保護層起大作用！MoO3層保護的BiVO4用于穩定高效PEC海水分解

利用太陽能從海水中生產氫氣，這是對可再生能源轉換的具有前景的方法。然而，對于高效光電化學(PEC)海水分解系統，設計穩定的光電極和獲得高而穩定的光電流，以及防止海水中半導體的腐蝕具有很大的挑戰性。

近日，內蒙古大學王蕾、蘇毅國等采用表面雙摻雜工程構建了一種具有MoO₃層保護的BiVO₄(MoB/BVO)，以用作天然海水光電解的PEC電極。

研究人員采用陰極恒電位極化法形成了具有混合Mo⁶⁺/Mo⁵⁺氧化態的缺陷MoO₃(MoO_3-x)，同時在BiVO₄表面摻雜Mo和B，這有利于提高表面電導率。

另外，MoO_3-x的高功函數(6.6 eV)和空穴傳輸特性導致PEC海水系統的太陽能轉換效率較為穩定。而未經極化改性的催化劑，摻雜的Mo和B提供了一種鈍化劑，可減少表面電荷復合，促進海水快速分解。

在AM 1.5 G輻照下，在1.23 V_RHE下，MoB/BiVO₄光陽極在模擬海水和天然海水系統中表現出類似的光電流密度值(4.30 mA cm^-2)。值得注意的是，在光照下MoB/BiVO₄能夠在天然海水中持續運行超過70小時。

密度泛函理論(DFT)計算表明，與在MoB/BVO和BVO上產生O₂相比，Cl₂的析出是一個有利的過程。另外，Mo摻雜對Bi的親氧性有輕微的改變，而B摻雜后，大大削弱了Bi的親氧性，使吸附過強的Cl向火山峰移動，即MoB/BVO具有更好的CER性能。

Ultrastable and High-performance Seawater-based Photoelectrolysis System for Solar Hydrogen Generation. Applied Catalysis B: Environmental, 2021. DOI: 10.1016/j.apcatb.2021.120883

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