RhO_(2)修饰BiVO_(4)薄膜光阳极的制备及其光电催化分解水性能

摘要

钒酸铋是最具有光电催化应用潜力的水分解光电阳极之一,但由于表面缓慢的动力学反应速率,其光电催化效率仍不理想。本研究通过浸渍法在BiVO_(4)薄膜光阳极上负载纳米RhO_(2)助催化剂,研究RhO_(2)负载量对BiVO_(4)光阳极光电催化性能的影响规律及其机理。晶粒尺寸10~25 nm的RhO_(2)均匀负载在颗粒尺寸100~250 nm、厚度约为400 nm的BiVO_(4)光阳极薄膜表面。考虑到贵金属铑的昂贵成本,RhO_(2)的最佳负载量为质量分数1.65%,在偏压1.23 V(vs.RHE)、1.0 mol/L Na_(2)SO_(3)溶液中(pH8.5)AM 1.5模拟可见光照射下,光电流密度达3.81 mA·cm^(-2),相较纯BiVO_(4)提升了10.58倍。在没有有机牺牲剂的条件下,光阳极同时析出了氢气和氧气,两者比例接近2:1,产氧速率为8.22μmol/(h·cm^(2))。负载RhO_(2)有效改善了光阳极的表面水氧化动力学,使光生空穴更快与电解质溶液进行水氧化反应,抑制光生载流子复合,从而显著提升光电催化性能。另外,负载RhO_(2)后,空穴更容易从光阳极表面被有效提取到电解质溶液中,减少其在光阳极表面积累,从而使BiVO_(4)/RhO_(2)(1.65%)光阳极可持续稳定工作10 h以上。