钒酸铋(BiVO₄)是一种很有前途的光电化学(PEC)水氧化材料。但是，缓慢的水氧化动力学，较差的电子传输性能和严重的电荷重组限制了其性能。在此，通过合理设计电极结构，开发了一种新型的三重光阳极。NiFe层状双氢氧化物(NiFe-LDH)作为水氧化催化剂(WOC)，可加速光生空穴从BiVO₄光电极向电解质的传输，以改善水氧化反应，而还原的氧化石墨烯(rGO)纳米片可作为有效的电子穿梭介体，用于抑制BiVO₄/NiFe-LDH界面上的电子-空穴复合。另一方面，rGO可以使NiFe-LDH的电沉积电势正向移动(-0.1 V vs. RHE)，极大地保护BiVO₄电极，因为负电势会降低其PEC活性。与纯的BiVO₄、BiVO₄/rGO和BiVO₄/NiFe-LDH电极相比，该电极具有更高的光电流密度，在AM 1.5 G光照下，1.23 V时的光电流密度为3.26 mA cm^-2，且具有良好的稳定性。PEC性能的提高归因于rGO和NiFe-LDH的协同作用，加速了光阳极/电解质界面之间的电荷分离/转移以及表面水的氧化反应。
  
Fig. 1 (A) BiVO₄、(B) BiVO₄/rGO、(C) BiVO₄/rGO/NiFe-LDH的SEM图，BiVO₄/rGO/NiFe-LDH的(D) TEM、(E) HRTEM、(F) EDX图。
 
 
Fig. 2 制备的光阳极的(A) XRD谱，(B)拉曼谱。
 
 
Fig. 3 制备的光电阳极的XPS分析:(A) Bi 4f，(B) V 2p，(C) O 1s，(D) Ni 2p和(E) Fe 2p结合能区。
 
 
Fig. 4 制备的光阳极的(A) LSV曲线，(B) ABPE曲线，(C) η_trans曲线，(D) i-t曲线。
 
 
Fig. 5 制备的光阳极在AM 1.5 G光照下的(A) UV-Vis漫反射光谱，(B)转换Kubelka-Munk函数与光能量的对应图，(C)施加电压为1.23 V vs RHE时测量的IPCEs，(D) 0.6 V vs RHE时测量的EIS。
 
 
Fig. 6 (A) NiFe-LDH在阳极上的电化学沉积形成机理。HER的自由能图在BiVO₄和BiVO₄/rGO的表面部位符合(B)Volmer-Heyrovsky途径和(C)Volmer-Tafel途径。(D) BiVO₄ (001)和BiVO₄/rGO的表面结构。在不同电位下BiVO₄和BiVO₄/rGO的表面位点上，HER的中间态和外态自由能图符合(E)Volmer-Heyrovsky(F)和Volmer-Tafel路径。
 
 
Fig. 7 BiVO₄/rGO/NiFe-LDH的PEC机制。
 
      相关研究成果于2020年由上海大学Guangren Qian课题组，发表在Journal of Materials Chemistry A (DOI: 10.1039/D0TA04572A)上。原文：Identifying dual functions of rGO in a BiVO₄/rGO/NiFe-layered double hydroxide photoanode for efficient photoelectrochemical water splitting。

摘自《石墨烯杂志》公众号：