In-situ and synchronous generation of oxygen vacancies and FeOx OECs on BiVO4 for ultrafast electron transfer and excellent photoelectrochemical performance

钒酸铋 分解水 光催化 光化学 光电子学 分析化学(期刊)
作者
Yan Zhang,Jing Bai,Jiachen Wang,Shuai Chen,Hong Zhu,Jinhua Li,Linsen Li,Tingsheng Zhou,Baoxue Zhou
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:401: 126134- 被引量:13
标识
DOI:10.1016/j.cej.2020.126134
摘要

Abstract Efficient separation and transport of charge is a critical issue in solar-driven water oxidation. Herein, we developed a novel, facile, controllable method based on zero-valent iron (ZVI) reduction to in-situ and synchronous generate oxygen vacancies (Ov) and FeOx oxygen evolution co-catalysts (OECs) on BiVO4 for ultrafast electron transfer and excellent photoelectrochemical (PEC) water oxidation. In this method, a moderate and controllable ZVI reduction was the critical step to ensure whole penetration of Ov from BiVO4 to FeOx layer. This is because a special galvanic cell is formed between ZVI and BiVO4, making it easy to capture oxygen atom from BiVO4 and obtain a FeOx layer (5 nm) outside simultaneously in oxygen-free annealing. The Ov can extend light absorption by narrowing bandgap and significantly improve electron mobility (8.6 × 10−7 cm2 s−1) by reducing the trap-assisted recombination, which is 6.1-fold of BiVO4. Meanwhile, electron lifetime increases from 11.6 to 115.3 ms. Ultrathin FeOx layer provides more sites and dramatically reduces OER over-potential of 210 mV, resulting in fast hole-to-oxygen kinetics. A photocurrent of 3.13 mA·cm−2 at 1.23 VRHE is achieved for PEC water oxidation, which is 4.6-fold of pristine BiVO4. This work provides a new path to overcome charge transport limitations and achieve enhanced solar water oxidation.
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