光電化學(xué)(PEC)分解水產(chǎn)氫是解決能源和環(huán)境挑戰(zhàn)的一個(gè)有吸引力的策略。然而，PEC過程的效率通常受到動(dòng)力學(xué)緩慢的析氧反應(yīng)(OER)的限制。生物質(zhì)衍生的有機(jī)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(jī)原料，同時(shí)甘油轉(zhuǎn)化得到的二羥丙酮(DHA)由于其廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景以及其作為各種化學(xué)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(shí)獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益。
受催化劑表面極化調(diào)節(jié)對(duì)OER影響的啟發(fā)，山東大學(xué)陳代榮和夏玉國(guó)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(shí)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(shí)驗(yàn)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(dá)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(yùn)行5小時(shí)后仍保持良好的活性，且反應(yīng)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(jì)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(fù)移，在光陽極/電解質(zhì)界面處形成更強(qiáng)的帶彎曲，促進(jìn)了光生電子-空穴對(duì)的有效分離，同時(shí)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(dǎo)致涉及中間碳物種的脫氫限速步驟的能壘下降，進(jìn)而顯著提升催化活性。綜上，該項(xiàng)工作證實(shí)了BiVO4/CoOx異質(zhì)結(jié)和BiVO4/Au肖特基結(jié)的構(gòu)建對(duì)載流子分離和界面動(dòng)力學(xué)的增強(qiáng)作用，為通過利用表面電位調(diào)節(jié)對(duì)界面分子吸附/解吸過程進(jìn)行調(diào)控的催化劑設(shè)計(jì)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
