釩酸鉍(BiVO4)作為光電化學(xué)水分解的光陽(yáng)極材料一直很有前景，其短電荷擴(kuò)散長(zhǎng)度引起的電荷復(fù)合問(wèn)題引起了人們對(duì)異質(zhì)結(jié)構(gòu)光陽(yáng)極的極大關(guān)注。二氧化鈦(TiO2)由于其相對(duì)正的價(jià)帶邊緣和低電導(dǎo)率而不是理想的BiVO4的空穴阻擋層。在此，首爾國(guó)立大學(xué)Ho Won Jang課題組提出了一種TiO2納米結(jié)構(gòu)的晶面工程來(lái)調(diào)控能帶結(jié)構(gòu)，以作為BiVO4納米點(diǎn)的空穴阻擋層。
研究人員設(shè)計(jì)了兩種類型的TiO2納米結(jié)構(gòu)，分別是具有(001)和(110)晶面的納米棒(NRs)和納米花(NFs)，并構(gòu)建了BiVO4/TiO2異質(zhì)結(jié)構(gòu)光陽(yáng)極。在TiO2納米結(jié)構(gòu)表面共形電沉積BiVO4納米點(diǎn)后，BiVO4/TiO2 NFs的光電流密度是TiO2 NFs的4.7倍；而B(niǎo)iVO4/TiO2 NRs的光電流(0.35 mA cm-2，1.23 V vs. RHE)明顯低于TiO2 NRs(0.91 mA cm-2，1.23 V vs. RHE)，并且BiVO4/TiO2 NRs在390 nm波長(zhǎng)下1.23 VRHE處的IPCE顯著降低至22%，這表明在TiO2 NRs上引入BiVO4后有大量的電荷復(fù)合。電荷載流子動(dòng)力學(xué)分析表明，這種差異是由晶面工程TiO2的電荷分離能力造成的；紫外光電子能譜(UPS)顯示TiO2納米結(jié)構(gòu)的帶邊緣位置顯著依賴于它們的晶面，由于具有(110)面的TiO2 NFs具有相對(duì)負(fù)的帶邊緣，作為空穴阻擋層，它們與BiVO4納米點(diǎn)形成II型異質(zhì)結(jié)。此外，由于納米結(jié)構(gòu)TiO2上BiVO4電沉積的趨勢(shì)不同，TiO2的初始面對(duì)BiVO4/TiO2的最終結(jié)構(gòu)具有決定性的影響?？傊?，晶面工程在影響電荷分離和確定光活性方面起著關(guān)鍵作用，該發(fā)現(xiàn)提供了一種可行的途徑來(lái)調(diào)整各種金屬氧化物，以用作理想的太陽(yáng)能水分解的光電極。Crystal Facet Engineering of TiO2 Nanostructures for Enhancing Photoelectrochemical Water Splitting with BiVO4 Nanodots. Nano-Micro Letters, 2022. DOI: 10.1007/s40820-022-00795-8
