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NiFe双氢纳米粒子有效提高BiVO4光阳极光电化学水分解性能

王其召 ,  牛腾娇 ,  王磊 ,  黄静伟 ,  佘厚德

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引用本文: 王其召,  牛腾娇,  王磊,  黄静伟,  佘厚德. NiFe双氢纳米粒子有效提高BiVO4光阳极光电化学水分解性能[J]. 催化学报, 2018, 39(4): 613-618. doi: 10.1016/S1872-2067(17)62987-5 shu
Citation:  Qizhao Wang,  Tengjiao Niu,  Lei Wang,  Jingwei Huang,  Houde She. NiFe layered double-hydroxide nanoparticles for efficiently enhancing performance of BiVO4 photoanode in photoelectrochemical water splitting[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2018, 39(4): 613-618. doi: 10.1016/S1872-2067(17)62987-5 shu

NiFe双氢纳米粒子有效提高BiVO4光阳极光电化学水分解性能

  • 西北师范大学化学化工学院, 甘肃兰州 730070

  • 基金项目:

    国家自然科学基金（21663027，51262028，21261021）；甘肃省科技支撑项目（1504GKCA027）；西北师范大学创新团队（NWNULKQN-15-2）.

摘要: 近年来，太阳能驱动的光电化学水分解作为一种高效、环保、可持续的技术，已经引起了广泛的关注.为了更好地使用光电化学技术将太阳能转化为化学能，至关重要的是提高光电极材料的光吸收和光转化效率.BiVO4禁带宽度（Eg=2.4-2.5eV）小，具有很好的可见光响应能力，因此BiVO4光电极材料引起了广泛关注.但是，当单独BiVO4作为光电阳极材料时，电子-空穴对分离弱、载流子传输慢，从而使BiVO4不能很好地在光电化学水分解中发挥作用.为了缓解或解决此类限制性因素，本课题组通过水热法合成了NiFe双氢纳米粒子，并将其负载于BiVO4电极表面，光电催化分解水实验表明其产氢效率得到大幅度提高.同时制备了Ni（OH）2/BiVO4和Fe（OH）2/BiVO4电极并用于研究NiFe/BiVO4电极的反应机理.在上文基础上，本文采用电子扫描电镜（SEM）、高分辨投射电镜（HRTEM）、X射线衍射（XRD）、紫外可见漫反射（UV-Vis DRS）等表征手段和线性扫描伏安法（LSV）和电流时间（I-t）等对其光电化学活性进行了测试，研究了NiFe/BiVO4电极在发生水氧化时的反应机理.
SEM结果表明，Ni（OH）2是以纳米片组成的纳米球负载于多孔BiVO4表面；而当Fe（OH）2负载于BiVO4表面时，BiVO4的纳米尺寸减小；NiFe-LDH纳米粒子负载于BiVO4表面时，可以明显看见BiVO4纳米颗粒表面包裹着一层更小的纳米粒子.这证明了Ni（OH）2，Fe（OH）2和NiFe-LDH纳米粒子均成功负载于BiVO4表面.这也得到HRTEM结果的确认.UV-Vis DRS结果表明NiFe-LDH纳米粒子能有效拓宽BiVO4的吸收边，从而增加对可见光的吸收，增加了对光的利用率.
LSV测试结果表明，暗反应条件下Ni（OH）2/BiVO4比NiFe/BiVO4和Fe（OH）2/BiVO4电极的起始电位更低，说明Ni（OH）2有更好的传输电子性能；而在光照条件下，在同一电位时NiFe/BiVO4比Ni（OH）2/BiVO4和Fe（OH）2/BiVO4电极的光电流值更高.值得注意的是，此时Ni（OH）2/BiVO4比Fe（OH）2/BiVO4电极的光电流值低，这又说明Fe（OH）2比Ni（OH）2对光更敏感.因此当NiFe-LDH纳米粒子负载于BiVO4表面时，不仅提高了BiVO4光电极的光吸收效率，而且加速了载流子的传输从而抑制了光生电子-空穴的复合，使反应过程中的量子效率得到提高.

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  • 收稿日期:  2017-12-03
  • 修回日期:  2017-12-30
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
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    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

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