西工大新闻网1月19日电（刘博言）随着化石燃料所带来的能源危机和环境污染问题日益严峻，氢能的开发与利用对于解决以上问题和实现我国“双碳”目标发挥着重要作用。通过光电催化分解水将太阳能转化并储存为氢能作为当前最为环保绿色的理想制氢技术已成为热点问题。其中，BiVO₄由于其成本低、无毒以及带隙合适的特点被认为是光电化催化分解水最有前途的光阳极之一。然而，由于BiVO₄光阳极表面析氧反应涉及四个电子的转移，析氧反应动力学十分缓慢，导致了严重的表面电荷复合。此外，在光电分解水的过程中，BiVO₄光阳极容易受到严重的光腐蚀，导致其稳定性较差。为此，在光阳极表面构建析氧助催化剂从而有效促进光生电荷转移，降低水氧化的过电势，提高太阳能光电催化分解水活性是十分必要的。

针对上述科学问题，近日，西北工业大学黄维院士团队王松灿教授课题组和昆士兰大学王连洲教授合作，提出了一种简单的光辅助电沉积策略，成功在BiVO₄光阳极上生长了富含氧空位的非晶态VO_x薄膜。优化后的BiVO₄/VO_x光阳极在AM 1.5 G的模拟太阳光及1.23 V vs RHE偏压下其光电流密度可以达到6.29 mA cm^-2，电荷转移效率高达96%，并且表现出较高的光电催化分解水稳定性。

进一步研究表明，非晶态的VO_x析氧助催化层在BiVO₄光阳极的光电催化分解水发挥着重要作用。BiVO₄表面富氧空位的VO_x氧助催化层在V轨道上形成了大量未配对的电子，产生了低配位点，致使更多的水分子可以被吸附到活性中心上，显著提高了VO_x/电解液界面电荷转移的导电性，从而进一步提高了表面析氧反应的催化活性。此外，BiVO₄和VO_x之间共享的V-O键有效地促进了电荷转移。同时，用密度泛函理论(DFT)计算研究了BiVO₄/V₂O₅和BiVO₄/VO_x在氧化还原过程中的反应势垒，非晶态的VO_x层更有利于表面析氧反应的进行，具有更强的催化活性。

这项工作首次在BiVO₄光阳极表面负载了一种新型的VO_x析氧助催化剂并揭示了其催化作用机制，为设计高效稳定的太阳能光电催化分解水体系提供了一种新策略。该成果以“钒酸铋光阳极表面富含氧空位缺陷VOx助催化剂同时提升光电化学分解水电荷分离和析氧动力学(A BiVO₄ Photoanode with a VO_x Layer Bearing Oxygen Vacancies Offers Improved Charge Transfer and Oxygen Evolution Kinetics in Photoelectrochemical Water Splitting)”为题发表在国际知名期刊Angewandte Chemie International Edition上。本文的第一作者为柔性电子前沿科学中心硕士生刘博言，通讯作者为黄维院士、王松灿教授和昆士兰大学王连洲教授。

上述工作得到了国家自然科学基金、西北工业大学翱翔海外学者计划、中央高校基本科研业务费等经费的支持。

文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202217346

（审核：王学文）