光電化學(PEC)水分解制氫被認為是儲存太陽能和轉化太陽能的有效策略之一，可以用于解決能源危機和環(huán)境問題。BiVO₄由于其合適的帶隙(-2.4 eV)和合適的帶邊位置，已被證明是最有希望用于太陽能水分解的候選催化劑之一。

然而，由于BiVO₄的電荷轉移差、電子-空穴復合和緩慢的反應動力學，嚴重限制了其太陽-氫(STH)的能量轉換效率，目前報道的BiVO₄的光電流密度通常低于其理論值(一次太陽照射下7.5 mA cm^-2)。

為了提高BiVO₄光電陽極的PEC性能，研究人員采用了多種策略，包括調整形態(tài)、元素摻雜、構建異質結和助催化劑/鈍化層沉積等。盡管利用這些策略后，BiVO₄緩慢的反應動力學得到了改善，但其低表面反應性還是限制了其PEC性能和STH效率。

基于此，內蒙古大學高瑞廷和王蕾(共同通訊)等人提出了一種簡單有效的界面刻蝕策略來調節(jié)光陽極/助催化劑的界面，并對NiFeBi析氧催化劑(OEC)進行了修飾，以顯著提高BiVO₄光陽極的析氧活性和穩(wěn)定性。

本文在1 M KBi(pH=9.5)電解質中，在AM 1.5 G(100 mW cm^-2)的照明下對NiFeBi/R-BVO光電陽極的PEC水分解性能進行了測試。結合測試發(fā)現，在電壓為1.23 V_RHE時，純BVO表現出1.74 mA cm^-2的低光電流密度，這表明半導體/電解質界面的反應動力學較緩慢。

當NiFeBi OEC修飾BVO后，PEC性能得到了有效的改善，在電壓為1.23 V_RHE時，催化劑的光電流密度增加至4.8 mA cm^-2。緊接著，在本文進行表面蝕刻后，優(yōu)化后的NiFeBi/R-BVO光電陽極在1.23 V_RHE下獲得了6.33 mA cm^-2的良好光電流密度和0.2 V_RHE的低起始電位，這說明在BVO表面修飾OEC之前利用NaBH₄進行處理可以有效的提升催化劑的PEC水分解性能。

值得注意的是，NiFeBi/R-BVO的最大外加偏壓光子電流效率(ABPE)從0.28 %(BVO)提高到2.3%，在高于NiFeBi/BVO(1.6%)的同時，與已報道的文獻中的催化劑相比也十分優(yōu)異。更重要的是，NiFeBi/R-BVO在AM 1.5G下(0.8 V_RHE)可以長時間穩(wěn)定工作，這說明NiFeBi/R-BVO在具有優(yōu)異的PEC性能的同時，還具有優(yōu)異的穩(wěn)定性。

基于本文光電化學阻抗譜、強度調制光電流譜等測試可以得知，缺電子態(tài)的B的引入加速了表面俘獲空穴和電荷轉移的能力，增強了BiVO₄與NiFeBi OEC之間的界面耦合，并強烈地驅動空穴從BiVO₄轉移到NiFeBi表面進行水氧化。此外，本文還進行了密度泛函理論(DFT)計算，以進一步理解B的作用。

通過計算，本文的NiFe/BVO、NiFeBi/BVO和NiFeBi/R-BVO的OER路徑分別為17、26和38條，也就是說，隨著B的引入，活性路徑的數量增加，這將誘導催化劑展現出優(yōu)異的OER活性。之后，本文的計算結果還進一步明確催化劑的OER活性位點主要是NiFeOOH。

最后，根據計算得到的BVO和R-BVO的態(tài)密度(DOS)可以發(fā)現，BVO在費米能級附近的DOS很小，而R-BVO的DOS增加，這表明B的引入可以提高BVO的電導率，從而進一步提高催化劑的PEC性能?？傊?，這項工作為半導體界面工程提供了一種極其簡單和可行的策略，使高效和穩(wěn)定的太陽能輔助水分解工程成為可能。

Boosting Charge Separation and Transfer at the Boron-Triggered BiVO₄ Interface for Efficient and Stable Solar Water Splitting, Chemical Engineering Journal, 2023, DOI: 10.1016/j.cej.2023.142571.

https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.142571.