BiVO₄半导体抗光腐蚀性能研究

报告题目：BiVO₄半导体抗光腐蚀性能研究

报告人：王蕾教授，内蒙古大学

报告时间：2022年04月16日　下午14:00-16:00

报告地点：腾讯会议：278-656-690，会议密码：1234

报告人简介：王蕾，内蒙古大学化工学院教授，博士生导师。2010年在北京科技大学获得材料学博士学位，2007-2010年在日本物质材料研究所进行博士联合培养学习(金属防腐蚀)。2010-2016年先后在加拿大西安大略大学，德国埃尔朗根-纽伦堡大学开展博士后研究工作。2016-2018年在中国科学院兰州化学物理研究所工作，2018年12月至今在内蒙古大学化工学院独立开展工作，主要从事半导体纳米材料设计及太阳能分解水制氢，电催化材料设计研究。目前以一作/通讯作者在Angew. Chem. Int. Ed.(4篇)、Adv. Mater.、Adv. Energy Mater.、Adv. Funct. Mater.、Nano Energy (4篇)、ACS Catal. (3篇)等期刊发表论文55篇，ESI高被引2篇。主页：https://www.x-mol.com/groups/imu_wanglei.

报告摘要：当今全球正面临着能源短缺和环境污染等问题的严峻挑战，为解决这些问题迫切需要发展可再生绿色清洁能源替代目前使用的化石能源。半导体光催化分解水制氢是非常有前景的产氢方法之一。BiVO4光电催化(PEC)材料由于其能带结构符合热力学分解水的基本要求，具有较窄的能带间隙(~2.1 eV)，光谱吸收范围可扩展至可见光区域(420-600 nm)，是目前太阳能光催化分解水制氢研究领域的明星材料。然而，BiVO4半导体的表面和体相复合，严重影响了光生电荷传输，使其受限PEC性能低于理论值；同时，也影响了光腐蚀，使其无法适用长期光解水反应。近年来，课题组围绕BiVO4材料提高其抗光腐蚀性能开展一系列研究。通过稀土元素掺杂，等离子体刻蚀，光电协同激活等策略对催化剂及半导体进行结构改性，促进半导体光电载流子迁移及光电催化分解水制氢研究。通过构建NiOOH/NiO/Ni助催化剂及调控电解质组分，在半导体表界面原位合成NiFe基助催化剂，二者协同作用有效降低NiOOH/BiVO4半导体间的界面复合，加速电荷传输，使其稳定性从原来的几个小时提高到200小时。进一步发现，通过改善材料制备工艺及恒电位光极化测试技术，有效提高了纯BiVO4半导体的活性及稳定性。该材料在无助催化剂及牺牲试剂下1.23 VRHE获得4.60 mA cm-2的光电流，间歇性测试下达到100小时的稳定性，表现出超强的“自愈”特性。电化学测试结果表明，半导体表界面产生的氧空位和钝化层协助作用有效减小了半导体电子-空穴复合，提高表面水氧化动力学，进一步抑制光腐蚀。