A novel Cl- modification approach to develop highly efficient photocatalytic oxygen evolution over BiVO4 with AQE of 34.6%

X射线光电子能谱 材料科学 光催化 表面改性 动力学 分解水 化学工程 析氧 催化作用 量子效率 光化学 物理化学 有机化学 光电子学 电化学 量子力学 化学 物理 工程类 电极
作者
Qiqi Zhang,Min Liu,Wei Zhou,Yajun Zhang,Weichang Hao,Yongbo Kuang,Huimin Liu,Defa Wang,Lequan Liu,Jinhua Ye
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:81: 105651-105651 被引量:70
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2020.105651
摘要

Water oxidation with multielectron transfer is regarded as the crucial step in photocatalytic water splitting. However, a facile but efficient method to promote its slow kinetics is still highly demanding. This work demonstrates that Cl- surface modification drastically enhances photocatalytic water oxidation over BiVO4 as well as WO3. The optimal modified BiVO4 achieves a photocatalytic activity of 4.2 orders enhancement relative to the pristine BiVO4, giving up to an excellent apparent quantum efficiency of 34.6% at 420 nm. Cl--modified 30-facet BiVO4 with 2.6 times enhancement confirms that the surface reaction involved with photogenerated holes can be dramatically accelerated by Cl- modification in addition to enhanced charge carrier separation. Our results highlight the impact of Cl- modification on the reaction kinetics and pathway during the photocatalytic water oxidation process, which has been mostly overlooked. Systematic studies (DFT simulations, kinetic experiments) reveal that Cl- modification remarkably reduces the photocatalytic water oxidation energy barrier and alters reaction pathway, which is also manifested in facilitated H2O molecule activation in synchronous illumination XPS (SI-XPS) study. The EXAFS and angle-resolved XPS (AR-XPS) results show that Cl bonds to Bi and mainly concentrates on the surface of modified BiVO4. Our findings provide an effective and facile approach to exploring efficient O2 evolution semiconductors for photocatalytic water splitting.
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