An investigation on the role of W doping in BiVO4 photoanodes used for solar water splitting

光电流 兴奋剂 材料科学 载流子密度 化学物理 电荷(物理) 载流子 分解水 纳米技术 光电子学 化学 物理 光催化 生物化学 量子力学 催化作用
作者
Xin Zhao,Jun Hu,Shi Chen,Zhong Chen
出处
期刊:Physical Chemistry Chemical Physics [The Royal Society of Chemistry]
卷期号:20 (19): 13637-13645 被引量:42
标识
DOI:10.1039/c8cp01316k
摘要

n-Type doping has been widely employed to enhance the performance of a photoanode in a photoelectrochemical cell used for water splitting. However, little is known about how doping affects the catalytic activity during surface catalysis. Herein, we took BiVO4 as an example to investigate the effect of doping on surface catalysis from both experimental and theoretical perspectives. To enable an impartial comparison, we have prepared planar BiVO4 thin films with and without W doping. It was found that W doping had no obvious effect on the morphology, crystallinity, and light absorption of the film; however, the photocurrent was significantly enhanced upon W doping. This enhancement is contributed by two important factors: better charge separation efficiency and improved surface charge transfer efficiency. Electrochemical analysis reveals that W doping lowers the surface charge transfer resistance and forms active surface states, facilitating charge transfer. Theoretical analysis shows that W doping activates the V atoms to be reactive sites. Moreover, the adsorption energies and distance between adsorption species (OHads, Oads, and OOHads) involved in the water splitting process become more favorable for surface charge transfer. The current study provides an insight into the roles of W doping in BiVO4, especially during surface catalysis.
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