【摘 要】
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21世纪以来,随着人口总量的增长,人均能源需求量逐年上涨。而大规模开采和使用化石能源,造成严重的环境污染。近年来,光电化学（PEC）分解水制备氢气被视为缓解能源危机、改善环境问题的有效途径。在PEC水分解过程中,析氧反应（OER）因其缓慢的动力学以及严重的表界面电荷复合,被视为整个反应的决速步骤。因此,开发高效的光阳极,提高光电催化水氧化性能是PEC水分解研究的重中之重。在众多n型半导体中,BiV
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21世纪以来,随着人口总量的增长,人均能源需求量逐年上涨。而大规模开采和使用化石能源,造成严重的环境污染。近年来,光电化学（PEC）分解水制备氢气被视为缓解能源危机、改善环境问题的有效途径。在PEC水分解过程中,析氧反应（OER）因其缓慢的动力学以及严重的表界面电荷复合,被视为整个反应的决速步骤。因此,开发高效的光阳极,提高光电催化水氧化性能是PEC水分解研究的重中之重。在众多n型半导体中,BiVO4因其较小的带隙（约2.4 eV）,合适的能带边缘位置,以及优异的稳定性等特点,已成为最具吸引力的光阳极材料之一。然而,BiVO4表界面处严重的电荷复合,抑制了其光生载流子的分离,导致BiVO4光阳极的光电流密度与理论值仍然存在很大差距。基于此,本文拟通过外部温度调控以及界面修饰等策略对BiVO4光阳极的界面电荷转移行为进行调控,以实现界面电荷的快速转移以及载流子的高效分离,从而提升光阳极的光电催化水氧化性能。本论文的主要研究内容如下:1.采用滴涂法成功构建了BiVO4/CoOx耦合体系（BV/CoOx）,分别从BV/CoOx界面和CoOx/电解液界面两个方面,全面研究了温度调控对PEC水氧化性能的影响。研究表明,温度调控不仅可以实现半导体/助催化剂界面“高”的空穴传输动力学行为,而且加速了助催化剂/电解液界面的表面催化速率,进而增强了光生载流子的分离,实现了光电性能的显著提升。在AM 1.5G和1.23 VRHE下,BV/CoOx复合光阳极在45℃电解液中,光电流可以达到3.6 mA cm-2。2.利用原位法构建了BiVO4/CoOx/FN-H复合光阳极,CoOx的原位负载,加强了固/固界面相互作用,促进了界面电荷传输,铁镍氢氧化物助催化剂（FN-H）的负载,进一步加速了固/液界面水氧化反应动力学。实验表明,CoOx和FN-H的修饰有效抑制了光生载流子的复合,促进了界面空穴传输,显著降低了固/液界面处的电荷传输阻抗,提高了电荷分离效率。在AM 1.5G和1.23 VRHE下,BiVO4/CoOx/FN-H复合光阳极的光电流可以达到4.8 mA cm-2。该工作为构筑高效的光阳极提供了新的思路和方法。
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