光電化學(xué)(PEC)水分解在太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)燃料方面引起了廣泛的關(guān)注。金屬氧化物陣列由于其適當(dāng)?shù)膸赌芰俊⒂欣膸н呂恢煤洼^低的成本而被認(rèn)為是PEC水分解的候選材料。
近日，大連理工大學(xué)侯軍剛課題組將零維(0D)MXenen量子點(diǎn)(MQD)或二維(2D)MXene納米片(MN)枝接到BiVO4陣列上，然后將作為析氧助催化劑(OEC)的超薄氫氧化物通過(guò)MoOx連接到MXene/BiVO4陣列上(OEC/MoOx/MQD/BiVO4)，以提高集成光電陽(yáng)極的PEC性能。
在AM 1.5G輻照下，0.5 M KBi溶液(pH=9.3)中，NiFeOOH/MoOx/MQD/BiVO4光陽(yáng)極在1.23 VRHE時(shí)的光電流密度為5.85 mA cm-2，約為BiVO4光陽(yáng)極的3.87倍，表明MoOx/MQD和NiFeOOH層對(duì)多孔BiVO4光陽(yáng)極具有協(xié)同效應(yīng)。
相比之下，MQD/BiVO4和MoOx/MQD/BiVO4光電陽(yáng)極在1.23 VRHE下的光電流密度分別為3.85 mA cm-2和4.76 mA cm-2。
從電化學(xué)分析和密度泛函理論(DFT)計(jì)算來(lái)看，PEC水氧化活性的顯著提高歸因于MoOx/MQD作為空穴轉(zhuǎn)移層能夠促進(jìn)光生空穴轉(zhuǎn)移，抑制光生電荷復(fù)合，加速水分解動(dòng)力學(xué)。
綜上，空穴轉(zhuǎn)移層可以作為PEC水分解半導(dǎo)體光陽(yáng)極優(yōu)化的策略，這項(xiàng)工作為PEC系統(tǒng)中空穴轉(zhuǎn)移層的作用的機(jī)理提供了深入的見(jiàn)解，并為合理設(shè)計(jì)/合成集成光陽(yáng)極提供了指導(dǎo)，以實(shí)現(xiàn)高效的能量轉(zhuǎn)換。
Engineering MoOx/MXene Hole Transfer Layers for Unexpected Boosting Photoelectrochemical Water Oxidation. Angewandte Chemie International Edition, 2022. DOI: 10.1002/anie.202200946
