Prompt Hole Extraction Suppresses V5+ Dissolution and Sustains Large-Area BiVO4 Photoanodes for Over 2100 h Water Oxidation

钒酸铋 溶解 原子层沉积 材料科学 催化作用 分解水 化学工程 电解质 串联 纳米技术 无机化学 图层(电子) 化学 光催化 电极 物理化学 工程类 生物化学 复合材料
作者
Renbo Lei,Yupu Tang,Weitao Qiu,Shihan Yan,Xu Tian,Qian Wang,Qindong Chen,Zhenhui Wang,Wei Qian,Qiyong Xu,Shihe Yang,Xinwei Wang
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:23 (24): 11785-11792 被引量:28
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.3c03743
摘要

Nanostructured bismuth vanadate (BiVO4) is at the forefront of emerging photoanodes in photoelectrochemical tandem devices for solar water splitting owing to the suitable band edge position and efficient charge separation capability. However, the (photo)chemical corrosion involving V5+ dissolution limits the long-term stability of BiVO4. Herein, guided by DFT calculations, we introduce an ALD-derived NiOx catalyst layer on BiVO4 to stabilize the surface Bi-O bonds, facilitate hole extraction, and thus suppress the V5+ dissolution. At the same time, the ALD NiOx catalyst layer could efficiently suppress the surface recombination and accelerate the surface OER kinetics, boosting the half-cell applied bias photon-to-current efficiency of BiVO4 to 2.05%, as well as a fill factor of 47.1%. By adding trace NaVO3 to the electrolyte, the NiOx/BiVO4 photoanode with an illumination area of 10.5 cm2 shows a record operational stability of more than 2100 h.
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