通过铜和硫的共同掺杂对BiVO4的能带结构进行工程化设计，以实现高效的光电化学水氧化反应

《ACS Applied Energy Materials》：Band Structure Engineering of BiVO4 by Copper and Sulfur Codoping for Efficient Photoelectrochemical Water Oxidation

BiVO4光电极通过铜硫共掺杂优化能带结构，增强可见光吸收和载流子分离效率，结合NiFe LDH催化剂，光电电流密度达3.01 mA·cm?2，显著优于未掺杂材料。

　　

钒酸铋（BiVO₄）是一种有前景的光电极材料，适用于光电化学（PEC）水分解反应，但其性能仍受限于光吸收不足和电荷分离效果不佳的问题。在本研究中，我们发现将金属铜（Cu）和非金属硫（S）共掺入BiVO₄中能够显著改变其电子能带结构。光谱和电化学分析表明，掺入Cu和S后价带（VB）向上移动，从而缩小了带隙并增强了可见光的吸收能力。理论计算表明，这种能带结构的变化是由于形成了O–Cu–S物种，该物种中的O 2p、Cu 3d和S 2p轨道之间存在强烈的杂化作用。此外，Mott–Schottky测量结果显示，共掺处理提高了载流子密度并降低了空间电荷层厚度，有利于电荷分离。这种共掺策略对通过水热法和电化学法制备的BiVO₄光电极均有效。特别是在NiFe层状双氢氧化物（LDH）作为共催化剂的情况下，电化学合成的Cu,S@BiVO₄在1.23 V（相对于标准氢电极RHE）时的光电流密度达到了3.01 mA·cm^–2，是原始BiVO₄（1.38 mA·cm^–2）的2.2倍，也超过了大多数已报道的基于BiVO₄的光电极。本研究为金属/非金属共掺机制提供了理论解释，并为设计高效、低成本且稳定性好的PEC电极提供了可行的方法，这些电极具有理想的能带结构。