光电催化水分解作为一种将太阳能转化为宝贵的氢能的可再生技术受到了广泛的关注。这个过程包括两个半反应: 析氢反应(HER)和析氧反应(OER)。由于四电子反应的缓慢动力学，OER过程是实现高效光电催化水分解的瓶颈。钒酸铋(BiVO4)具有较高的理论效率、较窄的禁带宽度(2.4 eV)和有利的导带位置，被认为是光电催化领域的关键材料。然而，其缓慢的空穴传输动力学导致光生电荷分离和传输效率降低，从而导致电荷容易聚集而复合。
为了提高BiVO4光阳极的电荷传输效率和稳定性，华南师范大学江丰课题组利用简单的旋涂工艺在BiVO4上修饰CuSCN空穴传输层(空穴传输层的引入为光生空穴转移提供了合适的中间能级，避免了由缺陷和表面态引起的电荷复合和俘获)，并将其与光辅助电沉积NiCoFe-Bi催化剂相结合，得到NiCoFe-Bi/CuSCN/BiVO4光阳极。
实验结果表明，在AM 1.5 G照射下，所得光阳极在1.23 VRHE处的光电流密度为5.6 mA cm-2，0.6 VRHE下的外加偏压光子-电流效率(ABPE)为2.31%；同时，在50小时的连续光照下，NiCoFe-Bi/CuSCN/BiVO4光阳极表现出稳定的光电流。
此外，研究人员制备了NiCoFe-Bi/CuSCN/BiVO4-Si太阳能电池叠层器件，用于无偏压太阳能水分解。该器件的STH为5.75%，并在无偏压条件下经过14小时的太阳光照射后表现出相当高的长期稳定性。同时，反应4小时后，H2和O2的产量分别线性增加至327.22和164.21 μmol，平均法拉第效率接近95%，表现出优异的光电催化水分解性能。
综上，该项工作为BiVO4光阳极提供了一种新型的空穴传输层，其制备工艺简单，成本低廉，有助于未来BiVO4光阳极的大规模生产和应用。
Efficient BiVO4 photoanode with an excellent hole transport layer of CuSCN for solar water oxidation. Advanced Energy Materials, 2024. DOI: 10.1002/aenm.202304223
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