锌掺杂BiVO4光阳极与三聚硫氰酸钴MOF构建n-p型II异质结增强光电化学活性研究

本研究通过将锌掺杂BiVO4(ZB)光阳极与钴-三聚硫氰酸金属有机框架(MOF)结合，构建n-p型II异质结(ZBM)，显著提升光电化学(PEC)水分解性能。实验证实ZBM的光电流密度达2.03 mA/cm2@1.23 VRHE，较原始BiVO4提升3.5倍，归因于Zn掺杂优化电荷传输、MOF异质结促进载流子分离。该工作为太阳能驱动能源转换材料设计提供新思路。

　　

亮点

本研究创新性地将钴-三聚硫氰酸金属有机框架(MOF)与锌掺杂BiVO₄光阳极耦合，通过构建n-p型II异质结实现"三重增效"：Zn²⁺掺杂优化能带结构，MOF界面加速电荷分离，氧空位提升载流子浓度。

引言

化石能源危机与环境问题促使太阳能制氢技术成为研究热点。BiVO₄虽具理想带隙(2.4 eV)，但固有电荷复合严重。本文提出"双管齐下"策略：Zn掺杂解决本征缺陷，MOF异质结拓展光响应范围。

材料与方法

采用水热法合成Zn-BiVO₄，通过配位自组装将Co-TCA MOF修饰于电极表面。关键试剂包括五水硝酸铋(≥98%)、硫酸锌(≥99%)等，所有操作在氮气手套箱中完成。

SEM与EDS分析

扫描电镜显示：原始BiVO₄呈颗粒状(图1a)，Zn掺杂后晶粒尺寸增大(图1b)，ZBM样品表面出现MOF特征纳米片结构(图1c)。能谱证实Zn均匀分布，Co信号证实MOF成功负载。

结论

ZBM光阳极在AM 1.5G光照下展现2.03 mA/cm²的优异性能，其奥秘在于：1) Zn²⁺充当"电子高速公路"；2) MOF形成"电荷分离枢纽"；3) 异质结界面构建"能级阶梯"。该工作为设计高效光电极提供范式。