光电化学水分解已成为一种可持续的太阳能-燃料转换策略，以应对全球能源挑战。发展光电极材料，特别是高性能光阳极，是决定光电化学系统效率的关键因素。单斜晶系BiVO₄因其适宜的带隙（≈2.4 eV）、匹配的能带排列及成本效益，已成为一种极具前景的光阳极材料。然而，其较差的载流子迁移率会导致复合损失，限制了其实际光电化学应用。BiVO₄中的载流子传输可由小极化子跃迁模型描述，其中过多的载流子会引起晶格畸变并形成局域极化，进而阻碍载流子传输并最终导致迁移率下降。因此，迫切需要寻找合适的方法来降低极化子跳变能垒来提升光电化学性能。

基于上述问题，我校材料科学与工程学院博士生李文峰在吕国诚教授和陈代梅教授的指导下，采用元素掺杂和光热效应的双驱动策略以加速小极化子跳变和载流子传输，从而增强光电化学水分解性能：

1. Mo掺杂钝化BiVO₄浅层和深层陷阱态，提高载流子浓度并降低极化子跃迁能垒。

2. 光热材料Ni₂P修饰在Mo:BiVO₄上以提高电极温度并促进小极化子跃迁。此外，Ni₂P作为助催化剂可以有效地从Mo:BiVO₄中提取空穴用于表面反应，并抑制光生电子-空穴复合。

3. Mo:BiVO？-Ni₂P体系在AM 1.5G + 808 nm NIR光照下，2小时内实现了100.8 μmol cm^-2的O₂析出量，并在1.23 V_RHE条件实现了了6.38 mA cm^-2的光电流密度。

图1. 形貌与结构表征。a)制备流程示意图。b-j) SEM、TEM和HRTEM图像。l-n) XPS谱图。

图2 a-f) 电极在空气或电解液中于808 nm红外光照射下的红外热成像图。g) Ni₂P非辐射弛豫产热示意图。h-i) 温度-时间曲线。j-m) 接触角。

图3 光电化学水分解性能。a)装置示意图。b) LSV。c) Mott-Schottky图。d) EIS图。e)C_dl。f) 瞬时光电流密度响应。g) OCP图。h)不同研究中BiVO₄基光阳极性能比较。

图4 光电化学水分解性能。a) ABPE曲线。b) IPCE曲线。c)体相电荷分离效率。d)表面电荷转移效率。e) O₂析出性能。f) PL。g) 稳定性。h)雷达效率对比图。

图5 IMPS和KPFM表征。

图6 有限元模拟与理论计算。

图7 元素掺杂和助催化剂光热效应驱动的载流子传输机制。

上述研究成果发表于材料领域国际权威期刊《Advanced Functional Materials》上：Wenfeng Li, Guocheng Lv*, Meng Liu, Fanyue Zhao, Zetian He, Guihong Li, Wenping Wang, Daimei Chen*, Libing Liao. Synergistically Promoting Polaron Hopping via Element Doping and Photothermal Effect for High-efficient Photoelectrochemical Water Splitting, Advanced Functional Materials, 2025. [IF 2024= 19.0]

全文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202523344