Balanced Spin‐State Energy Level Splitting Boosts Photoelectrochemical Water Oxidation on Amorphous NiFeAl‐LDH Engineered BiVO 4

材料科学 分解水 光电流 析氧 氢氧化物 三元运算 八面体 无定形固体 价(化学) 再分配(选举) 化学物理 纳米技术 化学工程 带隙 光电子学 密度泛函理论 氧气 电子传输链 电子结构 价带 合理设计 格子(音乐) 电子 原子轨道 单斜晶系 简并能级 价电子 过渡金属 电子定域函数 态密度
作者
Guozhen Fang,Dantong Zhang,Dantong Zhang,Xinlei Zhang,Minghua Xu,Depeng Meng,Chunsheng Ding,Tianrong Han,Haiyan Zhang,Jing Leng,Dian Zhang,Dian Zhang,Lei Zhang,Yong‐Wei Zhang,Zhi Gen Yu,Songcan Wang,Xiaowen Ruan,Xiaoqiang Cui
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (17) 被引量:2
标识
DOI:10.1002/adfm.202518870
摘要

Abstract Amorphous oxygen evolution cocatalysts are frequently employed to enhance the performance of BiVO 4 ‐based photoelectrochemical (PEC) systems and often outperform their crystalline counterparts. However, the fundamental mechanism underlying this enhancement has remained elusive, hindering the rational design of highly active and stable cocatalysts. Here, this knowledge gap is addressed by constructing an amorphous ternary NiFeAl layered double hydroxide (LDH) on BiVO 4 . The structural disorder of the amorphous LDH promotes stronger interaction with BiVO 4 , induces the formation of a distorted octahedral coordination framework, and leads to a redistribution of Ni 3+ e g / t 2g valence electron orbitals—from a degenerate to a non‐degenerate configuration—alongside a transition from high‐spin to low‐spin states. As a result, the BiVO 4 /NiFeAl‐LDH‐amorphous photoanode achieves a photocurrent density of 5.78 mA cm −2 at 1.23 V vs RHE, and an applied bias photon‐to‐current efficiency of 2.21% at 0.62 V vs RHE—substantially outperforming the crystalline counterpart (2.83 mA cm −2 and 1.19%, respectively). These results establish a clear link between amorphization and spin‐state engineering, and offering a new design paradigm for efficient PEC water splitting systems.
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