Effective Improvement of Thermodynamics and Kinetics of BiVO4 Photoanode via CuI for Photoelectrochemical Water Oxidation

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作者
Yuan Guan,Zheng Shen,Xinyi Gu,Dayu Wu,Shaomang Wang,Zhongyu Li,Shicheng Yan,Zhigang Zou
出处
期刊:Langmuir [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.langmuir.4c03658
摘要

The preparation of durable and efficient photoanodes for photoelectrochemical water oxidation is of great importance in promoting the development of green hydrogen production and artificial photosynthesis. Here, n-type BiVO4 was combined with p-type CuI to construct a CuI/BiVO4 (CIB-1) p–n heterojunction photoanode. The composite photoanode effectively overcame the drawbacks of BiVO4, such as low separation and injection efficiency of photogenerated electron–hole pairs. As a result, the CIB-1 had the highest photocurrent density of 1.98 mA cm–2, which was 2.5 times higher than pure BiVO4 with 0.79 mA cm–2 at 1.23 V (vs RHE) under AM 1.5G light irradiation. The CIB-1 had a lower Tafel slope of 23.2 mV decade–1 compared to 47.9 mV decade–1 for BiVO4, so the water oxidation kinetics was remarkably advanced over CuI/BiVO4. Based on DFT calculations, the OER overpotential of 0.480 V for CuI/BiVO4 was significantly lower than that of 1.546 V for BiVO4 due to the lower free energy from OH– to oxygen over CuI/BiVO4 compared to BiVO4.

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