光電化學(xué)(PEC)水分解技術(shù)在太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)燃料方面引起了人們的廣泛關(guān)注，同時(shí)高效光電極材料的開發(fā)對(duì)于提高太陽(yáng)能-氫轉(zhuǎn)化效率至關(guān)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(jià)帶邊緣，可以在可見光照射下實(shí)現(xiàn)水分解。但是，BiVO₄光陽(yáng)極由于電荷傳輸特性差和空穴擴(kuò)散長(zhǎng)度短(< 70 nm)，存在嚴(yán)重的電荷復(fù)合和水氧化動(dòng)力學(xué)緩慢等問題。

基于此，西北工業(yè)大學(xué)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(gòu)建NiOOH/Co₃O₄/BiVO₄光陽(yáng)極，以提高PEC性能。

光電化學(xué)性能測(cè)試結(jié)果顯示，所制備的NiOOH/Co₃O₄/BiVO₄光陽(yáng)極在AM 1.5 G輻照和1.23 V_RHE下，光電流密度達(dá)到6.4 mA cm^?2；在0.8 V下光電流密度也達(dá)到了5.16 mA cm^?2。

此外，NiOOH/Co₃O₄/BiVO₄光陽(yáng)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(shí)，光電流密度稍微上升(可能是由于Co₃O₄的光熱效應(yīng)促進(jìn)了載流子的輸運(yùn))，并且工作40小時(shí)后性能略微下降，連續(xù)工作90小時(shí)后仍能保持約5.6 mA cm^?2的光電流密度。并且，穩(wěn)定性測(cè)試后樣品的組分和形貌未發(fā)生明顯變化。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論計(jì)算表明，在NiOOH和BiVO₄之間引入Co₃O₄導(dǎo)致NiOOH/Co₃O₄/BiVO₄上形成了較強(qiáng)的內(nèi)部電場(chǎng)，這可以促進(jìn)光生空穴快速轉(zhuǎn)移到OEC層用于OER，并有效抑制了光生電荷的復(fù)合。同時(shí)，引入Co₃O₄后，NiOOH/Co₃O₄/BiVO₄光陽(yáng)極上的OER決速步的能壘降低，加速了PEC水分解的動(dòng)力學(xué)。

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(yáng)極表現(xiàn)出高的光電流密度，證明了Co₃O₄在改善OEC/BiVO₄光陽(yáng)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.