Universal Interfacial Engineering via Amorphous Inorganic Binders: Passivating Surface States and Accelerating Hole Transfer across Metal Oxide Photoanodes in Photoelectrochemical Water Oxidation
Po-Keng Hsiao, Yen-Lun Kung, Yun-Pei Liu, Shih-Wen Tseng, Tetsu Yonezawa,
Chun-Hu Chen*, Ying-Chih Pu*
J. Phys. Chem. Lett. 2026, 17, 17, 5139–5147
國立臺南大學 材料科學系 蒲盈志教授
國立中山大學 化學系 陳軍互特聘教授
光電化學 (PEC) 水分解產氫技術中，金屬氧化物光陽極在產氧反應 (OER) 的效率，往往是決定整體系統效能的關鍵因素。傳統上會在光陽極表面修飾氧析出共催化劑，以提升界面電荷傳輸能力與材料穩定性。然而，多數相關製程需經過複雜的多步驟處理或高溫水熱反應，不僅操作繁瑣，也不利於製程重現與大面積應用發展。本研究提出一種簡單且快速的酸性氧化還原輔助沉積 (ARD) 方法，可在常溫環境下於數分鐘內，在釩酸鉍 (BiVO₄) 光陽極表面形成一層極薄(約3.5 nm) 的非晶態鈷錳氧氫化物 (CMOH) 薄層。此薄層具有良好的均勻性與高光學透明性，不會影響BiVO₄原有的結構與光電特性，卻能顯著提升其光電流密度與整體光電轉換效率，在0.66 VRHE下的外加偏壓光電轉換效率 (ABPE) 可達1.68%。效能提升主要來自於CMOH層能有效鈍化BiVO₄表面缺陷，降低缺陷導致的激發態載子復合現象，使光生電洞能更順利傳輸至電解液界面，進而提升OER活性。此外，ARD製程具有高度通用性，可應用於多種金屬氧化物光陽極 (如WO₃與ZnO) ，顯示其在不同材料系統中皆能有效改善界面載子動力學。同時，ARD方法亦具備引入多種過渡金屬的彈性，使薄層組成可依需求調整。整體而言，本研究提供了一種兼具簡便性、有效性與可擴展性的界面工程策略，不僅有助於提升PEC水分解產氫效率與穩定性，也為未來大面積應用與實際能源系統發展提供了重要的技術基礎。