Science子刊：持续600 h！动态半导体电解质界面实现太阳能水分解

在pH中性电解质中，光电化学（PEC）水分解引起了越来越多研究人员对能源需求可持续性的关注。基于此，内蒙古大学武利民教授、王蕾教授和贺进禄研究员（共同通讯作者）等人报道了一种通过添加镍和硼酸盐来调整中性电解质的组成来原位形成NiB层的策略，从而提高了BiVO₄光阳极的PEC性能。NiB/BiVO₄在1.23 V_RHE下的光电流密度为6.0 mA cm^-2，在1个太阳光照下的起始电位为0.2 V_RHE。此外，光阳极在中性电解质中显示超过600 h的光稳定性。

作者计算了BVO、B/BVO和NiB/BVO几何形状的投射状态密度（PDOS），以揭示B和NiB对BVO PEC性能的影响。BVO的计算带隙为2.1 eV，接近实验带隙（2.3-2.4 eV）。三种体系的最大价带（VBM）主要由氧原子形成，而最小导带（CBM）主要由V原子形成，而NiB/BVO体系中的CBM表现出Ni原子的贡献。

电子定位函数（ELF）表明，NiB/BVO中的Ni-B相互作用强于B/BVO中的B-B键，同时B的存在有利于Ni元素的稳定。Ni和B协同作为活性位点，提高了载流子传输率，提高了BVO的OER。

此外，作者还计算了OER反应步骤的自由能，以解释BVO中改善的水氧化性能。在NiB/BVO上的*OH吸附在BVO位点上，然后移动到BVO-B位点完成OER（O*→OOH*→O₂）的后续步骤。对于B/BVO，OER可在BVO-B位点完成前两步（H₂O + *→*OH→*O），然后迁移到BVO位点完成后两步（O*→OOH*→O₂）。对于NiB/BVO，OER也可以在BVO-B上完成前两步，然后迁移到BVO-NiB位点上完成后两步。

Dynamic semiconductor-electrolyte interface for sustainable solar water splitting over 600 hours under neutral conditions. Sci. Adv., 2023, DOI: 10.1126/sciadv.ade4589.

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ade4589.

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