咨询热线:010-63716865

  当前位置 : 首页 > 资讯动态 > 论文发表 > 《文章投稿》用于增强光电化学脱盐的CeO2/BiVO4/MoO3三相异质结构光阳极
点击返回新闻列表  
《文章投稿》用于增强光电化学脱盐的CeO2/BiVO4/MoO3三相异质结构光阳极
发布时间:2025-05-22    浏览量:1059

1,文章信息

标题:Three-phase heterostructure photoanode of CeO2/BiVO4/MoO3 for enhanced photo-electrochemical desalination

中文标题:用于增强光电化学脱盐的CeO2/BiVO4/MoO3三相异质结构光阳极

页码:163436

DOI:10.1016/j.cej.2025.163436

2. 文章链接

https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.163436

3. 期刊信息

期刊名:Chemical Engineering Journal

2025年影响因子:13.4

分区信息:JCR分区:Q1

涉及研究方向:工程技术、工程化工、工程环境

4. 作者信息:第一作者是 袁盛博。通讯作者为 罗民、杨永清、陈福明。

5. 文章所用产品:CEL-S500氙灯光源;

文章简介:

太阳能驱动的光电化学海水淡化(SD-PED)提供了一条有前途的淡水途径,但效率和稳定性仍然是关键挑战。本文提出一种在钼衬底上原位合成的新型CeO2/BiVO4/MoO3三相异质结构光阳极。设计具有电子/空穴传输层的三层异质结光电极实现了优异的循环稳定性和脱盐效率,展示了该策略的应用潜力。在零偏压和模拟照明下,光阳极从5000 ppm NaCl溶液中实现了107.43 μg/(cm2 min)的高盐去除率和0.135 μmol/J的太阳能脱盐能力。展示了出色的循环稳定性,突出了这种集成电极设计策略对于高效耐用的SD-PED系统的潜力。这项工作为直接在功能衬底上构建多层光电极以增强光电化学性能提供了参考。

图1 三相异质结制备工艺

以Mo板为基底,合成BiVO4层,然后通过化学浴沉积法,将CeO2纳米颗粒沉积到BiVO4/MoO3电极上,最终形成CeO2/BiVO4/MoO3三相异质结构光阳极。通过该方法制备的光阳极显示出一步形成的BiVO4/MoO3结构,其表面具有均匀分布的CeO2催化剂。双II型异质结构促进了光生电子-空穴对的有效分离,并增强了与电解质的接触,从而实现了卓越的电荷载流子分离和传输。

图2 (a-b) 脱盐器件直观图

 

SEM图像展示了三相异质结样品的形貌,揭示了一种独特的珊瑚状结构(图3b)。为了阐明界面结构,进行了控制腐蚀实验:(1)长时间HCl处理(1 h)BC-0暴露的底层MoO₃ 薄板(图3c),暴露完整MoO₃ 基层;(2)BC-2的简短蚀刻(2分钟)显示尺寸减小的BiVO₄ 具有多孔形态的颗粒(图3d),同时确认MoO3存在于BiVO4下方. 这种结构结构意味着BiVO4合成过程中MoO3界面层的原位形成,这是由Mo和BiVO4物种在高温下的氧化还原相互作用介导的。

 

图3 三相异质结的(a)XRD和(b-d)扫描电镜图片

图4 (a)三相异质结的XPS总谱(b)Ce 3d和(c)Mo 3d;(c)BiVO4/MoO3电极和BiVO4/FTO电极的Bi 4f谱图。

 

 如图4d所示,在Mo板上制备的BiVO4/Mo电极与BiVO4/FTO电极的Bi 4f谱图中可以看到,BiVO4/Mo中Bi的峰向低能偏移,且产生了Bi单质的特征峰。结合图4c中Mo元素为5+/6+混合价态,可知Mo板表面在合成BiVO4时,Mo与Bi发生了氧化还原反应,诱导MoO3生成在BiVO4的下层。

 

 

图5(a-b)BiVO4/MoO3电极的原位XPS谱图;(c)DMPO-OH·的EPR谱图;(d)OH·累积实验。

 

  通过对BiVO4/MoO3电极进行原位光照的XPS实验,证实了在CeO2/BiVO4/MoO3三相异质结构光阳极中,电子由BiVO4向MoO3转移;通过对CeO2/BiVO4/FTO电极进行DMPO-OH·的EPR测试和OH·累积实验证明光生空穴由BiVO4向CeO2转移。即以BiVO4为中心,制备了MoO3电子传输层和CeO2空穴传输层,最大化BiVO4的光吸收/转化能力。

 

 

图6(a)不同制备条件的三相异质结的脱盐性能;(b)BC-2样品的循环性能。

图6a显示了零偏差条件下的脱盐性能。BC-2光阳极将盐浓度从5000 ppm降低到大约100 ppm,优于BiVO4光阳极。这种提高的脱盐效率归因于BC-2光阳极产生的更高光电流。BC-2光阳极的盐去除率为107.43 μg/(cm2min),光能利用率为0.135μ mol/J。与单个CeO₂/BiVO₄/FTO和BiVO₄/MoO₃(BC-0)异质结相比,三层CeO₂/BiVO₄/MoO₃异质结表现出显著增强的性能。

 



















最新文章
仿生纳米流体离子电子器件:集成光感受器与光突触功能
视觉系统是生物体获取外界信息的主要途径,约80%的外部信息通过视觉处理。视网膜中的光感受器细胞和光突触层是实现视觉功能的核心结构:光感受器通过光敏蛋白通道将光信号转化为电信号,调节离子跨膜运输,从而产生膜超极化;光突触则负责信息的存储与传递。受此启发,研究人员尝试利用固态光电器件模拟视觉功能,但现有器件多依赖半导体中的电子-空穴分离机制,难以真正模拟生物中离子介导的信号传递过程。此外,现有光控离子传输系统响应速度慢,难以实现对高频视觉信号的快速响应。
在双等离激元共振耦合的ZnIn2S4/Cu-Cu3-xP 异质结中原位形成具有空间定向性的界面Cu0,用于全光谱光催化析氢反应
光催化分解水产氢是应对能源危机和碳排放的重要策略。然而,传统半导体(如金属硫化物)面临光谱吸收窄(通常局限于紫外-可见区)和载流子复合快两大难题。本研究通过在ZnIn2S4(ZIS)和Cu3-xP(CP)异质结界面处,原位诱导形成空间定向分布的金属Cu0,构建了双局域表面等离子体共振耦合体系。金属Cu0与CP协同作用,将光吸收范围扩展至全光谱(300-2000 nm),并显著增强了局域电场(可见区增强21.4倍,近红外增强3.3倍)。
双单原子位点上构筑电荷极化区强化甲烷C-H键活化
甲烷(CH4)作为天然气的主要成分,不仅储量丰富、价格低廉,更是合成高附加值燃料与化学品最具前景的碳一(C1)结构单元之一。然而,在化学界,将甲烷在温和条件下直接转化为高附加值的液态含氧化合物(如甲醇、甲酸等),一直被视为催化领域的“圣杯”反应。其主要难点在于甲烷分子由四个极性极低的C-H键组成,呈现高度对称的正四面体结构。这种结构的C-H键解离能高达439.3 kJ/mol,使得甲烷在化学上表现出极端的惰性。
2022-2025@北京中教金源科技有限公司 版权所有 京公安网备11010602007561        京ICP备10039872号

扫码添加客服

服务热线

010-63716865

扫一扫,了解更多