近日，化工学院肖静冉讲师（学术教授）、王博教授等人在光电催化水分解领域取得最新进展，该文章第一作者为化工学院2021级硕士研究生李春晓。相关成果以“Unveiling the Influence of Lower-Valence Ni in Hydroxide Co-Catalyst and Attaining Efficient Photoanodes with FeOOH Holes Transfer Layer for Photoelectrochemical Water Splitting”为题发表在国际知名学术期刊Advanced Functional Materials上（中科院一区Top，影响因子：18.5）。
研究背景
α-Fe2O3因其合适的带隙，在光电化学（PEC）水分解领域受到广泛关注，但其性能受限于低电子迁移率、低电荷分离效率和缓慢的表面电荷转移速率。在光阳极上负载具有析氧反应（OER）活性的电催化剂被认为是解决上述问题的重要手段，即助催化剂。然而，电子结构调控作为在OER电催化剂的重要修饰方法之一，其对助催化剂在光阳极PEC性能上的影响仍不明确。
成果介绍
本研究通过在Ti-Fe2O3基底上引入含NiFeB的氢氧化物（NiFeB-hydx），并对助催化剂的电子结构进行调控，显著增强了其光电化学水分解性能。通过对Ni和B的含量的精确控制，成功调节了NiFeB-hydx助催化剂中镍的氧化态，实现了其从+2到0的灵活转换。研究发现，低价态镍（Ni2-δ）在光电化学反应中扮演了至关重要的角色，其中Ni0状态甚至能够将起始电位降至0.53 VRHE，而适宜含量的Ni2-δ能够促进氧化还原转变，实现空穴的提取及消耗的平衡，进而显著提升光电化学性能。此外，密度泛函理论计算进一步确认了镍的电子富集效应以及其对氧化还原反应的显著促进作用。尽管过量的Ni2-δ可能会延长氧化还原周期，但总体而言，经过精心设计的体系在低起始电位下实现了出色的电流密度和稳定性。
最终，通过在Ti-Fe2O3上引入FeOOH作为空穴传输层，巧妙地构建的NiFeB-hydx/FeOOH/Ti-Fe2O3光阳极展示了优异的光电流密度，高达3.29 mA cm-2@1.23 VRHE。另外，NiFeB-hydx/FeOOH助催化剂体系在BiVO4光阳极上实现了更高的光电流密度，达到4.8 mA cm-2@1.23 VRHE，展示了提高PEC性能的高效且通用的设计。这些研究成果不仅为助催化剂在光电化学水分解中助催化剂的设计提供了新的理论洞察，也为此类体系在清洁能源领域的应用开拓了新的前景。
该研究成果得到国家自然科学基金青年项目、山东省自然科学基金青年项目、福建省自然科学基金面上项目等项目的支持。
论文链接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202406999
