Construction of a Co-MOF/MXene/BiVO4 Composite Photoanode for Efficient Photoelectrochemical Water Splitting

分解水 复合数 材料科学 化学工程 纳米技术 光电子学 催化作用 光催化 化学 工程类 复合材料 有机化学
作者
Shiming Zhong,Bokai Kang,Xingxing Cheng,Pengliang Chen,Baizeng Fang
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:12 (3): 1233-1246 被引量:47
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.3c05782
摘要

BiVO4 shows great potential as a high-quality material for photoelectrochemical applications, but its severe charge recombination and slow surface reaction kinetics seriously hinder its broader application. Herein, a high-performance Co-metal–organic framework (MOF)/MXene/BiVO4 composite photoanode was prepared by using a facile spin-coating and water bath deposition method. With the synergistic modification of MXene and Co-MOF, the high current density of the Co-MOF/MXene/BiVO4 photoanode is 4.26 mA/cm2 at 1.23 V vs the reversible hydrogen electrode (RHE), which is 4.7 times higher than that of the pure BiVO4 photoanode (0.90 mA/cm2). Furthermore, compared with the bare BiVO4, there is a significant cathodic shift of 357 mV. Moreover, the Co-MOF/MXene/BiVO4 photoanode exhibits excellent water splitting performance, as demonstrated by its high applied bias photon-to-current conversion efficiency of 1.78% at 0.589 V vs RHE, impressive incident photon-to-current conversion efficiency of 76.7% at 420 nm, and a remarkable injection efficiency of 92.2%. Various physiochemical characterizations revealed that Co-MOF significantly improves the surface kinetics as an oxygen-evolving catalyst, while MXene modification can form a built-in electric field to effectively promote charge separation and accelerate charge-transfer efficiency. Our work presents a simple and effective method for preparing high-performance photoanodes, which has the potential to advance the large-scale photoelectrochemical water splitting applications.
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