封面文章 | 青岛大学焦正波教授课题组：构建Z型BiVO4/BiOCl@C异质结提高光电化学性能

IJMMM2022  Volume 29  Issue 11

光电催化分解水制氢是缓解当前能源问题的有效途径之一，而其中最为关键的就是半导体光催化材料，在诸多半导体异质结中，Z型结构以其独特的电荷转移模式和保持光生载流子的强氧化还原能力而引起人们的广泛关注，探索Z型结构的合理构建尤其是在光电极上摸索电荷转移介质的架构模式具有十分重要的科学意义。正如封面图中中空碳球作为上层多孔钒酸铋薄膜与周围氯氧铋多面体的电子转移介质，构建了一种在光电极薄膜上的新型Z型结构，并表现出了优异的光电催化性能。Z型光电极以储量丰富的海水作为背景，即表达了其水中工作的外部环境也暗示了光电催化分解水的广阔应用前景。

文章信息

构建Z型BiVO₄/BiOCl@C异质结提高光电化学性能 (点击阅读原文)

李佳欣, 袁豪, 张文杰, 朱瑞杰, 焦正波

引用本文：

Jiaxin Li, Hao Yuan, Wenjie Zhang, Ruijie Zhu, and Zhengbo Jiao, Construction of BiVO₄/BiOCl@C Z-scheme heterojunction for enhanced photoelectrochemical performance, Int. J. Miner. Metall. Mater., 29(2022), No. 11, pp. 1971-1980. 

https://doi.org/10.1007/s12613-022-2481-9

封面文章文章亮点

01

通过简单的固溶体干燥煅烧法制备光催化性能优异的光阳极。

02

利用空心碳球作为电子转移介质，加速载流子的迁移速率。

03

构建Z型异质结，减少电子-空穴复合率，提高BiVO₄光电催化性能。

文章导读

利用半导体光催化剂分解水是目前将太阳能转化为化学燃料的有效方法之一。然而，大多数氧化物半导体材料由于可见光利用率较低以及光激发电子-空穴对复合速率高而限制了其实际应用范围。因此，复合光催化剂通过提高电荷转移效率来改善单组分光催化剂的光催化性能。

本文旨在开发一种光电催化性能优异的BiVO₄基Z型异质结作为光催化分解水体系中的光阳极，以此来提高光电分解水的效率。在可见光照射下对制备的一系列BiVO₄基光催化剂进行光电化学性能测试，结果显示Mo, W: BiVO₄/BiOCl@C构建的Z型异质结的性能最优异。其光电流密度和入射光子-电子转换效率（IPCE）分别是纯BiVO₄的5.4倍和9.0倍。通过自由基捕获实验可知，光电化学性能的提高归因于Z型异质结的构建，从而增强了可见光吸收范围并降低了光生载流子的复合率。这项工作为光电化学（PEC）水裂解的应用提供了一种有效的构造Z型光电极的策略。

图  Mo, W:BVO/BiOCl@C的制备示意图

Mo, W: BVO/BiOCl@C的合成工艺如上图所示。首次采用模板法，以SiO₂纳米球为模板制备空心碳球。在用HF溶液（5wt%）刻蚀SiO₂的过程中，同时Bi纳米球将通过置换反应转化为BiF₃。之后，将其添加到FeCl₃溶液中最终获得了复合材料BiOCl@C。以Mo，W:BVO为前驱体溶液，通过简单的固溶干燥和煅烧（SSDC）方法制成Mo，W:BVO/BiOCl@C异质结。该Z型结构异质结首次采用中空碳球作为电子传导媒介，可以显著提升钒酸铋光生电子空穴的分离效率，从而提升其光电催化分解水的性能。

作者介绍

李佳欣，青岛大学材料科学院与工程学院2019级硕士研究生，目前以第一作者在Carbon Energy等权威杂志发表SCI论文两篇。

焦正波，山东大学学士、博士，新加坡国立大学博士后，青岛大学特聘教授，中国感光学会光催化专业委员会委员，结构化学青年编委，Nanomaterials客座编辑。主要研究方向为贵金属、石墨烯及半导体纳米复合材料的结构调控及功能化设计合成，并对其光催化、电催化以及光电转换等方面的性能进行研究。目前已在Nano Energy, Chem Commun, J Mater Chem A, ChemSusChem, ACS Appl Mater Interfaces, Chem Eng J, Appl Catal B-Environ等国际权威杂志发表论文50余篇。

END

撰稿 | 李佳欣

排版 | 候晓梅

编辑 | 陈佩仙、潘璐

审核 | 黄冬华

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《矿物冶金与材料学报（英文版）》(InternationalJournal of Minerals, Metallurgy and Materials，IJMMM)是由教育部主管、北京科技大学主办、Springer Nature合作出版的英文学术期刊，1994年创刊，月刊。主要刊载矿物、冶金和材料领域的原创研究论文和特约综述等。被SCIE，EI，CAS，Scopus，ProQuest，OCLC，INSPEC等国际著名文摘或检索系统作为文献源期刊收录。入选中科院期刊分区二区。2021 JCR影响因子为3.850，在冶金与冶金工程学科和矿业工程与矿物加工学科位于Q1区,  在材料科学综合学科位于Q2区。2021 CiteScore为4.7，在材料科学-金属与合金类期刊中排名第27位（共155种期刊），位于Q1区。入选《有色金属领域高质量科技期刊分级目录》T1级别；《冶金工程技术领域高质量科技期刊分级目录》T1级别。

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