Facile Combination of Bismuth Vanadate with Nickel Tellurium Oxide for Efficient Photoelectrochemical Catalysis of Water Oxidation Reactions
Yu-Hsuan Chiu, Ren-Jei Chung, Chutima Kongvarhodom, Muhammad Saukani,
Sibidou Yougbaré, Hung-Ming Chen, Yung-Fu Wu, Lu-Yin Lin
ACS Appl. Mater. Interfaces 2024, 16, 37, 49249–49261
國立臺北科技大學 化學工程與生物科技系 林律吟教授
明志科技大學 化學工程系 吳永富副教授
本文探討了以釩酸鉍(BiVO4, BVO)為基底材料的光電化學催化電極，並藉由加入氧化鎳碲(Ni-Te oxide, NTO)作為助催化劑，來提升水氧化的反應性。BVO是一種能帶邊緣合適的光分解水之催化劑，但在分解程序進行時，水氧化反應通常是速率決定步驟。因此本研究加入了NTO，以降低此反應的活化能，並作為電洞的受體，進一步增強BVO的光催化能力。本團隊在實驗中採用了水熱法來合成NTO，並利用滴塗法將不同量的NTO沉積在BVO電極上。結果顯示，NTO/BVO複合材料具有更高的可見光吸收率和更有效的電荷傳遞機制，最佳比例的NTO/BVO電極在1.23 VRHE下，可產生6.05 mA/cm2的光電流密度，且其光電流轉換效率(ABPE)能達到2.13%，明顯優於純BVO電極的4.19 mA/cm2和1.54%。甚至NTO/BVO在連續照光10000秒後，仍能保持91.31%的光電流，可展現優異的長期穩定性。
此外，本研究基於NTO與BVO之間的相互作用及其能帶結構，提出新的光電化學催化機制。NTO在複合材料中，不僅作為助催化劑以吸引電洞，進而加速水的氧化反應，還能在光照下激發出額外的電荷，協助提高光催化效率。實驗結果證實，NTO的沉積量是決定光電化學特性的關鍵，適量的NTO能顯著增強材料的光吸收性和電荷傳輸能力。總結本研究的成果，主要在於加入NTO助催化劑可提升BVO的光電化學催化能力。