I ricercatori rivelano una restrizione chiave dei fotoanodi di vanadato di bismuto preparati tramite il metodo di pirolisi

28 agosto 2023

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di Li Yuan, Accademia Cinese delle Scienze

La scissione dell’acqua fotoelettrochimica (PEC) è un approccio ideale per convertire l’energia solare in idrogeno verde, e la preparazione controllabile e la facile scalabilità di fotoanodi efficienti sono cruciali per l’applicazione pratica. Il vanadato di bismuto in fase monoclina (BiVO4) è un fotoanodo promettente grazie all'ampio utilizzo della luce visibile e alla buona stabilità fotoelettrochimica.

Rispetto ai popolari metodi di preparazione in due fasi, il metodo di pirolisi in una sola fase presenta molti vantaggi come semplicità, basso costo e applicabilità per la fabbricazione di fotoanodi BiVO4 uniformi su larga area. Tuttavia, le prestazioni degli elettrodi BiVO4 intrinseci con il metodo a fase singola non sono soddisfatte.

Recentemente, un gruppo di ricerca guidato dal Prof. Zhang Fuxiang dell'Istituto di fisica chimica di Dalian (DICP) dell'Accademia cinese delle scienze (CAS) ha rivelato fattori chiave che limitano le prestazioni di ossidazione dell'acqua dei fotoanodi BiVO4 preparati con il metodo di pirolisi in una sola fase: il perdita di elementi di vanadio e formazione di impurità della fase tetragonale.

Lo studio è stato pubblicato su Angewandte Chemie International Edition il 15 luglio.

I ricercatori hanno scoperto che il vanadio (V) ha una cinetica di lisciviazione più rapida rispetto al bismuto (Bi), con conseguente inclusione di alcuni BiVO4 tetragonali con scarsa capacità di trasporto di carica, che è la restrizione chiave dei fotoanodi BiVO4 preparati con il metodo di pirolisi in una sola fase.

Per risolvere questo problema, hanno ottimizzato la coerenza del precursore e hanno ottenuto prestazioni di 4,2 mA/cm2 a 1,23 V rispetto a RHE con illuminazione solare simulata, paragonabili all'elettrodo BiVO4 con il metodo in due fasi. Inoltre, è disponibile il metodo ottimizzato di pirolisi in una sola fase per la preparazione controllata di affidabili fotoanodi BiVO4 di grandi dimensioni con un'area fino a 25 cm2.

"Il nostro lavoro dimostra la fattibilità della preparazione scalabile di efficienti fotoanodi BiVO4 e apre la strada alla scissione dell'acqua PEC verso un'applicazione industriale pratica", ha affermato il prof. Zhang.

Maggiori informazioni: Nengcong Yang et al, Approfondimento sulla restrizione chiave dei fotoanodi BiVO4 preparati mediante metodo di pirolisi per preparazione scalabile, Angewandte Chemie International Edition (2023). DOI: 10.1002/anie.202308729

Informazioni sul diario:Edizione internazionale di chimica applicata

Fornito dall'Accademia Cinese delle Scienze