66 / 2021-10-30 10:59:46

纳米多孔BiVO4/Cu2O/Co-Pi光电极制备及光电化学和结构调控研究

BiVO4，Cu2O，光电极，全解水

光电阳极/电解液结处电荷的复合严重影响光电电化学性能。在光电阳极上构建p-n异质结，以及沉积磷酸钴(Co-Pi)钝化层是提高光电效率的有效途径。然而，实现所需的性能仍然是一个巨大的挑战。本文采用两步电沉积法在FTO衬底上制备了BiVO₄/Cu₂O p-n异质结光阳极，并采用光辅助电沉积法成功制备了磷酸钴(Co-Pi)共催化剂修饰的BiVO₄/Cu₂O/Co-Pi电极，解决了光电阳极/电解液结处电荷的复合严重的问题。Co-Pi通过自身化学状态(Co^2+/3+ →Co⁴⁺ →Co^2+/3+)的变化完成了空穴的捕获和释放过程。此外，本文还系统地讨论了Co-Pi薄膜厚度以及Cu₂O沉积电压对光电阳极PEC性能的影响。当Cu₂O沉积电压为-0.125V时，在1.23 V(相对于RHE)下，光电流密度达到1.5 mA∙cm^-2，是纯BiVO₄的3倍; Co-Pi的沉积时间为120s时，光电流密度达到2.0 mA∙cm^-2，是纯BiVO₄的4倍。同时，发现电沉积Cu₂O时当电压过大可使材料呈现p型特性，由此发现制备了BiVO₄/Cu₂O光阴极，并由此组装了无偏压太阳能全解水电池。