文獻獎勵丨昆明理工大學：劉鵬憑借使用我們MC鎂瑞臣的產品，發表了最新光催化研究成果！
發表期刊：Materials Today Chemistry
文章題目：Construction of MXene-BiVO4-FeOOH composite photoanode withultra-low onset potential: performance, DFT calculation and mechanism
第一作者：劉鵬
通訊作者：Rui Bao，Jianhong Yi，Heng Zhao
發表單位：昆明理工大學
實驗方向：光催化
影響因子：8.301
協同增強載流子分離-傳輸并加速水氧化動力學是提升光陽極電流密度的有效途徑。本研究通過在BiVO4中循環伏安（CV）沉積Ti3C2Tx MXene導電框架以促進載流子分離-傳輸，并通過原位自水解沉積含氧空位的FeOOH以加速水氧化動力學。預測結果顯示，所構建的MXene-BiVO4-FeOOH復合光陽極展現出令人印象深刻的電流密度（4.95 mA/cm²，1.23 V vs. RHE），是原始BiVO4的4.1倍，同時具有超低起始電位和高穩定性。這一顯著提升歸因于MXene導電框架避免了載流子復合，緊密了BiVO4與FeOOH的界面，且含氧空位的FeOOH改善了H2O的吸附以加速水氧化動力學。本研究展示了構建高效穩定光陽極的成功方法，并拓寬了MXene在光電催化中的應用。
過去幾十年加速的工業化導致的能源危機和環境污染促使人類減少對化石能源的依賴，而氫氣因其環保性、可再生性和高能量密度被視為理想的候選能源。光電催化（PEC）水分解是一種通過半導體將太陽能轉化為化學能并產生氫氣的迷人方法，避免了使用昂貴的鉑作為工作電極。BiVO4作為一種窄帶隙n型半導體，具有可見光響應、低毒性、有利的帶結構和地球豐度高等優點，但其內部和電極-電解質界面處的快速電子-空穴復合以及遲緩的水氧化動力學導致其光電流密度顯著低于理論值。盡管已有許多創新方法如晶面工程、納米化、摻雜和異質結構建等被嘗試，但同時克服這兩個挑戰的研究并不多見。Ti3C2Tx MXene作為一種具有優異導電性、豐富表面終止基團和獨特平面形態的二維材料，在鋰離子電池、超級電容器和電催化等領域已被廣泛研究。本研究通過CV沉積在BiVO4中均勻分散剝離的MXene納米片，構建了用于電子傳輸的互聯通道，并通過原位自水解引入含氧空位的FeOOH以促進空穴分離和加速電極-電解質界面的氧化動力學。
論文第一作者為：劉鵬
論文通訊作者為：昆明理工大學
本文使用設備
形態分析：SEM和TEM圖像顯示，MXene成功沉積在BiVO4表面，且FeOOH以超薄層形式分布在BiVO4上。
晶體結構和化學狀態分析：XRD和XPS結果表明，復合樣品的晶體結構和化學狀態與預期一致，且FeOOH中存在氧空位。
PEC性能：BTF5樣品展現出最高的光電流密度（4.95 mA/cm²，1.23 V vs. RHE）和最低的起始電位，其應用偏置光電轉換效率（ABPE）和載流子分離效率也顯著提高。
MXene和FeOOH的作用：DFT計算表明，MXene作為電子受體促進了載流子分離，增強了BiVO4的表面活性，而含氧空位的FeOOH改善了H2O的吸附，加速了水氧化動力學。
能帶結構分析：MXene的引入通過能帶對齊和內置電場降低了起始電位，并促進了電子向MXene的轉移。
本研究成功構建了MXene-BiVO4-FeOOH復合光陽極，通過協同效應實現了超低起始電位、顯著的光電流密度和高穩定性。這一工作為MXene在光電催化中的多樣化應用提供了新的見解和設計指南。
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