Covalent Bridges in Bi Loaded BiVO4 Enabling Rapid Charge Transfer for Efficient Photocatalytic Water Oxidation

光催化 钒酸铋 析氧 材料科学 光化学 载流子 氧化还原 分解水 氧气 共价键 纳米颗粒 化学工程 纳米技术 催化作用 化学 光电子学 电化学 物理化学 有机化学 工程类 电极 冶金
作者
Liyang Li,Zhiming Chen,Dong Fang,Jingxiang Low,Jianhong Yi
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:12 (31): e00666-e00666 被引量:4
标识
DOI:10.1002/advs.202500666
摘要

Abstract Bismuth vanadate (BiVO 4 ) is known as one of the most potential candidates in photocatalytic water oxidation for supplying oxygen in extreme environment. However, its photocatalytic oxygen evolution is hindered by the rapid photogenerated charge carrier separation efficiency. Herein, plasmonic bismuth (Bi) nanoparticles loaded BiVO 4 is prepared for photocatalytic water oxidation. Specifically, the plasmonic bismuth nanoparticles are in situ loaded on the BiVO 4 via reduction of partial BiVO 4 , allowing the formation of the Bi─O─V covalent bridges. Based on the femtosecond transient absorption spectroscopy and density functional theory calculations, such Bi─O─V covalent bridges can significantly facilitate the migration of the plasmonic‐induced hot electrons from Bi to BiVO 4 , allowing more photogenerated charge carrier to participate in the surface reaction. As a result, the optimized Bi/BiVO 4 demonstrates a record‐high photocatalytic evolution rate of 4567.94 µmol h −1 g −1 . More importantly, the obtained Bi/BiVO 4 show plausible photocatalytic water oxidation capability (oxygen production rate of 381.47 µmol h −1 g −1 ) under near‐infrared light irradiation, further collaborating its potential to be utilized in extreme conditions. This work on design of low‐cost and highly‐efficient photocatalysts for water oxidation is anticipated to push forward the development of photocatalytic oxygen production in various application scenarios.
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