光電化學(PEC)分解水產(chǎn)氫是解決能源和環(huán)境挑戰(zhàn)的一個有吸引力的策略。然而，PEC過程的效率通常受到動力學緩慢的析氧反應(OER)的限制。生物質(zhì)衍生的有機物氧化具有較低氧化電位，其替代OER可以解決上述問題。甘油是一種多用途的有機原料，同時甘油轉(zhuǎn)化得到的二羥丙酮(DHA)由于其廣泛的應用場景以及其作為各種化學合成的前體的作用而引起了最大的興趣。因此，選擇性地將甘油轉(zhuǎn)化為DHA是一種有希望的增加氫氣產(chǎn)量的途徑，同時獲得更高的經(jīng)濟效益。
受催化劑表面極化調(diào)節(jié)對OER影響的啟發(fā)，山東大學陳代榮和夏玉國等提出可以通過調(diào)節(jié)表面電位來調(diào)節(jié)PEC甘油氧化的性能和選擇性。因此，研究人員同時引入BiVO4/CoOx異質(zhì)結(jié)和BiVO4/Au肖特基結(jié)來調(diào)制BiVO4的表面電位。實驗結(jié)果表明，所得到的BiVO4/CoOx/Au光陽極具有優(yōu)異的PEC甘油氧化效率，在1.2 VRHE下的光電流密度為6.15 mA cm-2，DHA析出速率達到339.74 mmol m-2 h-1，選擇性超過60%。此外，BiVO4/CoOx/Au光陽極在連續(xù)運行5小時后仍保持良好的活性，且反應后材料的形貌和結(jié)構(gòu)也未發(fā)生變化，顯示出優(yōu)異的穩(wěn)定性。一系列光譜表征和理論計算表明，CoOx和Au的引入使得BiVO4/CoOx/Au光陽極的平帶電位逐漸負移，在光陽極/電解質(zhì)界面處形成更強的帶彎曲，促進了光生電子-空穴對的有效分離，同時加速從耗盡層到表面的空穴轉(zhuǎn)移并抑制電荷重組。此外，由于CoOx和Au修飾物的存在，BiVO4/CoOx/Au表面電位降低，導致涉及中間碳物種的脫氫限速步驟的能壘下降，進而顯著提升催化活性。綜上，該項工作證實了BiVO4/CoOx異質(zhì)結(jié)和BiVO4/Au肖特基結(jié)的構(gòu)建對載流子分離和界面動力學的增強作用，為通過利用表面電位調(diào)節(jié)對界面分子吸附/解吸過程進行調(diào)控的催化劑設計提供了參考范例。Modulating surface oxygen valence states via interfacial potential in BiVO4/CoOx/Au Photoanode for enhanced selective photoelectrochemical oxidation of glycerol to dihydroxyacetone. Advanced Functional Materials, 2024. DOI: 10.1002/adfm.202409349
