光电化学(PEC)分解水产氢是解决能源和环境挑战的一个有吸引力的策略。然而，PEC过程的效率通常受到动力学缓慢的析氧反应(OER)的限制。生物质衍生的有机物氧化具有较低氧化电位，其替代OER可以解决上述问题。甘油是一种多用途的有机原料，同时甘油转化得到的二羟丙酮(DHA)由于其广泛的应用场景以及其作为各种化学合成的前体的作用而引起了最大的兴趣。因此，选择性地将甘油转化为DHA是一种有希望的增加氢气产量的途径，同时获得更高的经济效益。受催化剂表面极化调节对OER影响的启发，山东大学陈代荣和夏玉国等提出可以通过调节表面电位来调节PEC甘油氧化的性能和选择性。因此，研究人员同时引入BiVO4/CoOx异质结和BiVO4/Au肖特基结来调制BiVO4的表面电位。实验结果表明，所得到的BiVO4/CoOx/Au光阳极具有优异的PEC甘油氧化效率，在1.2 VRHE下的光电流密度为6.15 mA cm-2，DHA析出速率达到339.74 mmol m-2 h-1，选择性超过60%。此外，BiVO4/CoOx/Au光阳极在连续运行5小时后仍保持良好的活性，且反应后材料的形貌和结构也未发生变化，显示出优异的稳定性。一系列光谱表征和理论计算表明，CoOx和Au的引入使得BiVO4/CoOx/Au光阳极的平带电位逐渐负移，在光阳极/电解质界面处形成更强的带弯曲，促进了光生电子-空穴对的有效分离，同时加速从耗尽层到表面的空穴转移并抑制电荷重组。此外，由于CoOx和Au修饰物的存在，BiVO4/CoOx/Au表面电位降低，导致涉及中间碳物种的脱氢限速步骤的能垒下降，进而显著提升催化活性。综上，该项工作证实了BiVO4/CoOx异质结和BiVO4/Au肖特基结的构建对载流子分离和界面动力学的增强作用，为通过利用表面电位调节对界面分子吸附/解吸过程进行调控的催化剂设计提供了参考范例。Modulating surface oxygen valence states via interfacial potential in BiVO4/CoOx/Au Photoanode for enhanced selective photoelectrochemical oxidation of glycerol to dihydroxyacetone. Advanced Functional Materials, 2024. DOI: 10.1002/adfm.202409349
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