Dual functions of heterometallic FeCo oxyhydroxides in borate-treated BiVO4 photoanodes toward boosted activity and photostability in photoelectrochemical water oxidation

光电流 双功能 析氧 催化作用 电解质 化学工程 材料科学 溶解 光电化学 分解水 光化学 化学 电化学 电极 光催化 光电子学 物理化学 工程类 有机化学 生物化学
作者
Zihu Kang,Zheng Sun,Yonglu Zang,Shutong Wan,Yan‐Zhen Zheng,Xia Tao
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:431: 133379-133379 被引量:31
标识
DOI:10.1016/j.cej.2021.133379
摘要

Decorating a semiconductor photoanode with an oxygen evolution cocatalyst is an effective strategy for promoting the utilization efficiency of surface charge for oxygen evolution. Herein, a new hybrid catalyst i.e. heterometallic FeCo oxyhydroxides (FexCo1-xOOH) decorated on borate-treated BiVO4 photoanode (B-BiVO4), is prepared via a simple immersion procedure. The obtained photoanode serves as a water oxidation catalyst capable of accelerating the transportation of the photo-generated holes from the B-BiVO4 photoanode to the surface active sites of FexCo1-xOOH nanoparticles, while the Fe and Co species in the FexCo1-xOOH serve as hole shuttling mediators beneficial to the oxygen evolution reaction. Particuarly, introducing Co into BiVO4 lattice boosts the photostability by inhibiting the photooxidation-coupled dissolution of V5+ from BiVO4 lattice. The B-BiVO4/FexCo1-xOOH photoanode displays an extremely excellent photocurrent density of 5.21 mA cm−2 at 1.23 VRHE, with a 60% increase over the B-BiVO4 (3.26 mA cm−2). Particularly, the photocurrent density of the B-BiVO4/FexCo1-xOOH photoanode during consecutive illumination for 10 h shows a negligible decay, corresponding to more 95% of the initial photocurrent density. The improved PEC performance is attributed to the accelerated charge separation/transfer and surface water oxidation reaction occurring in the photoanode matrix and/or at the photoanode/electrolyte interface due to the synergistic effect of bifunctional FexCo1-xOOH and B-BiVO4.
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