文献速递 | 申升&陈浪&尹双凤 Angew 光电催化分解水

第一作者：潘金波

通讯作者：申升 陈浪 尹双凤

DOI:10.1002/anie.202012550

本文亮点
湖南大学尹双凤教授研究团队针对富氧空位BiVO₄（Ov-BiVO₄）在OER过程中不稳定的问题，巧妙地采用咖啡酸配位辅助自组装策略，创制了镍铁MOFs紧密包覆的富氧空位钒酸铋核壳结构光阳极（Ov-BiVO₄@NiFe-MOFs）。产氧位点从Ov-BiVO₄转移到活性更高的NiFe-MOFs，一方面提高了BiVO₄中Ov的稳定性，另一方面增强了水氧化活性。

背 景 介 绍

  光电化学(PEC)水分解制H₂和O₂是将太阳能转化为清洁燃料的一种很有前景的方法。然而，水氧化为缓慢的四电子过程，成为水分解制H₂和O₂的瓶颈。因此，开发高效、廉价的光阳极材料是PEC水分解的研究重点之一。目前报道的半导体光阳极材料普遍存在导电性差，表面反应迟缓的缺点。氧空位(Ov)引入被认为是一种提高半导体光阳极水氧化活性的有效手段。然而，氧空位在氧化环境下不稳定，目前该研究较少。

图 表 解 析

基于咖啡酸的表面配位，厚度为15 nm 的NiFe-MOFs均匀地包覆在Ov-BiVO₄表面。与Ov-BiVO₄（～2.3 mA· cm^-2）相比，Ov-BiVO₄@NiFe-MOFs的电流密度有明显提升（～5.3 mA· cm^-2）；经过10 h水氧化反应后，Ov-BiVO₄的电流密度显著下降，而Ov-BiVO₄@NiFe-MOFs的电流密度无明显变化。因此，这种新型结构材料同时具有高活性和高稳定性。结合深入系统的表征结果还发现，NiFe-MOFs作为保护层有效提高了Ov-BiVO₄中氧空位的稳定性；有助于界面电荷的高效传输，并将产氧位点从氧空位转移至OER活性更高的NiFe-MOFs壳层原位产生的NiOOH，还作为产氧助催化剂显著降低了水氧化的过电势，从而加速了OER动力学过程。

全 文 小 结

总之，该研究发明了相对简单、具有较好普适性的光阳极制备方法，还揭示了Ov-BiVO₄@NiFe-MOFs新型光阳极材料同时具有高活性和稳定性的本质因素。这些创新性成果将为富氧空位高效光阳极材料的设计与合成提供重要借鉴。

作 者 简 介

尹双凤，湖南大学教授，现任湖南大学科学技术研究院院长。主要研究方向为：纳米催化材料、低碳资源催化转化新工艺技术、铋系新型材料等。在J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、AIChE J.和ACS Catal.等国际一流期刊上发表论文190余篇。曾获：国家自然科学杰出青年基金、国家“万人计划”科技创新领军人才等资助，以及侯德榜化工科技青年奖、中国石油和化学工业联合会青年科技突出贡献奖等奖项。



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素材来源：湖南大学尹双凤教授研究团队。

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