La séparation photoélectrochimique (PEC) de l'eau est une technique verte prometteuse pour la production d'hydrogène renouvelable. Pour construire un système PEC pratique, il est très important de développer des photoanodes efficaces. BiVO₄ a été identifié comme le matériau de photoanode le plus prometteur en raison de sa bande interdite étroite et de ses positions de bande favorables pour le dégagement d'hydrogène et d'oxygène. Néanmoins, BiVO₄ a des limitations de faible mobilité des porteurs (4×10 ⁻² cm ² ·V ⁻¹ ·s ⁻¹ ) et une longueur de diffusion de trou courte (<100 nm) en tant que photoanode, résultant en une densité de photocourant insatisfaisante (<1 mA·cm ⁻² à 1.23V vs. RHE en milieu neutre sous éclairage AM 1.5G). Par conséquent, il est nécessaire d'explorer une série de méthodes pour améliorer les performances PEC de BiVO₄ .

Il a été proposé et étudié que l'insertion d'une nouvelle couche entre BiVO₄ et l'oxyde d'étain dopé au fluor (FTO) peut améliorer l'efficacité de séparation des porteurs. Parmi eux, BiVO₄ /WO₃ est une hétérojonction de type II éprouvée. La surface et le dépôt d'une couche de co-catalyseur de dégagement d'oxygène (OEC) peuvent améliorer la cinétique d'oxydation de l'eau. Mais la plupart des WO₃ les matrices sur les électrodes FTO présentent de petits écarts de matrice (< 60 nm), qui ne sont pas propices à une charge uniforme de BiVO₄ nanoparticules de tailles supérieures à 80 nm. De plus, la couche supérieure de BiVO₄ est enduit sur le fond WO₃ couche pour former une hétérojonction bicouche, qui présente une petite zone de contact et une recombinaison de charge inévitable dans le volume et la limite de BiVO₄ particules.

Récemment, une équipe de recherche dirigée par le professeur Junwang Tang de l'University College de Londres, au Royaume-Uni, et Hai-Ying Jiang de l'Université du Nord-Ouest, en Chine, a fabriqué le WO₃ réseaux de nanobols basés sur des cristaux colloïdaux monocouches (MCC) pour construire un BiVO₄ hautement adapté /WO₃ hétérojonction avec BiVO₄ . Dans cette nouvelle conception, le petit BiVO₄ les nanoparticules (<90 nm) sont parfaitement déposées sur la couche inférieure du WO₃ nanobol avec un grand diamètre intérieur de 920 nm. La taille de BiVO₄ est plus petit que sa longueur de diffusion de trou (~ 100 nm), garantissant que les trous sont efficacement transférés à sa surface. Pendant ce temps, une monocouche hautement ordonnée WO₃ Le tableau NB a été choisi pour minimiser WO₃ défauts aux joints de grains, réduisant la résistance interfaciale avec FTO et augmentant la surface de contact avec BiVO₄ nanoparticules. De plus, le BiVO₄ hautement adapté /WO₃ l'interface peut également améliorer la séparation de charge de BiVO₄ , qui joue un rôle important dans le processus PEC. Pour améliorer la cinétique d'oxydation de l'eau, les auteurs ont en outre chargé une couche OEC sur le BiVO₄ /WO₃ Photoanode à hétérojonction NB, qui produit environ 5 fois plus de photocourant et d'IPCE que le BiVO₄ vierge sous une seule condition d'ensoleillement.

Les résultats ont été publiés dans le Chinese Journal of Catalysis. + Explorer plus loin

Fractionnement de l'eau à l'aide de vanadate de bismuth