BiVO4高指数晶面提升光催化H2O分解研究获进展

据Material views网站报道：能源短缺和环境污染是当前人类所面临的两大重大挑战，解决这个挑战是我国实现可持续发展、国家安全的重要环节。在众多太阳能应用领域中，光催化分解水制氢是将低能量密度的太阳能转变为高密度的、易储存的清洁化学能源的一个重要方式，有希望在解决能源问题上发挥重要作用，因此受到众多研究人员的广泛关注。但光催化水分解反应由于其缓慢的动力学反应速率及较高的氧化电位（0.82V vs. NHE，pH=7），需要高效的光催化剂来提高其在能源转化中的效率。复合光催化剂，如异质结、Z型复合材料虽具有优异的H₂O分解活性，但其效率的提升受制于涉及四个空穴捕获的光催化H₂O分解出氧反应。开发出高效率、稳定且低成本的催化剂对于光催化H₂O分解反应及其相关技术的发展至关重要。近年来，晶面暴露的半导体光催化剂，由于其表界面结构、表面晶面反应分子吸附与活化、空间光生载流子行为研究等成为热点，在该领域受到了极大关注。但高能晶面由于其较高的表面能，生长速度较快，不易获得。

近日，南京大学邹志刚和周勇教授课题组与大连大学周新教授课题组密切合作在BiVO4高能晶面光催化H2O分解出氧方面取得重要进展。该研究团队通过微量金纳米粒子表面吸附方法，制备出了高能晶面暴露的BiVO4三十面体光催化剂。该催化剂表现出优异的光催化H₂O分解出氧活性，相对于低指数晶面暴露的十面体、截角十面体，光催化H₂O分解出氧性能提高大约3-5倍，其在430 nm单色光照下，量子效率达到了18.3 %，高于常规相同材料一个数量级。密度泛函理论研究表明：相对于（010），（110），（101）等低指数晶面，高能晶面不仅更有利于H₂O分子的解离，而且对于分解水产氧反应所需的过电位更低（降低0.77-1.14 V）。此项研究表明高能晶面暴露的BiVO4三十面体光催化剂具有优越的光催化H₂O分解出氧的能力，有助于制备出全H₂O分解的高效复合光催化剂。

相关论文已在线发表在了Advanced Materials期刊上（DOI：10.1002/adma.201703119）。