光电化学(PEC)“人造叶”技术利用光阳极和光阴极以化学键的形式储存可再生太阳能(例如水分解产生的氢气)，是实现可扩展和成本效益高的太阳能燃料生产的最有前途的能量转换技术之一。在这方面，光电极材料对于电化学转换器件的转换效率和经济性能具有重要意义。尖晶石型铁氧体(MFe2O4，M代表二价金属离子)具有良好的能带结构、优异的可见光捕获能力、光化学稳定性以及灵活的结构调整等优点，在PEC水分解的光电极研究中显示出巨大的潜力。
然而，最先进的MFe2O4基光电极的性能仍然远远不能满足实际制氢的需求。因此，制定有效的策略来提升MFe2O4基光电极在PEC的活性是一项紧迫而又具有挑战性的任务。近日，中国科学技术大学鲍骏、朱晓娣和瑞士洛桑联邦理工学院Kevin Sivula等报道了一种熔盐介导策略，准确地在锌铁氧体(ZnFe2O4，ZFO)表面引入Ni2+((ZFO-MSNi)来促进PEC水氧化的活性。PEC水氧化实验结果表明，制备的光阳极(ZFO-MSNi)的起始电位显著向阴极偏移，偏移大约450 mV (起始电位大约为0.6 VRHE)；，ZFO-MSNi在1.23 VRHE下的光电流密度约为0.36 mA cm−2，是ZFO的三倍。实验结果表明，在催化剂中引入Ni2+形成Ni2+-Fe(3−σ)+双中心的边共享八面体结构有效地促进了ZFO-MSNi光阳极的表面活性，导致光电极/电解质界面光电压(热力学贡献)增加和η (动力学贡献)降低，从而使得PEC水氧化的起始电位发生显著的阴极偏移。对于改进后的光电流，由于电极/电解质界面的水氧化反应明显增强，可以更有力、更有效地驱动光阳极的光生载流子转移。综上，这项工作为在不破坏透明导电基板上光电极本体结构的情况下构建高催化活性表面提供了新的途径，并且揭示了决定性能的光电极/电解质界面的内在因素，这两者都有助于推进太阳能电池驱动能量转换研究领域的发展。Edge-Sharing Octahedrally Coordinated Ni−Fe Dual Active Sites on ZnFe2O4 for Photoelectrochemical Water Oxidation. Advanced Science, 2023. DOI: 10.1002/advs.202301869
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