光电化学(PEC)水分解技术是缓解日益严重的能源短缺危机和气候变化的最有前途的技术之一。高效的PEC水分解需要高活性和稳定的半导体光电极。为了提高光电极的电化学性能，以半导体/液体界面为中心的各种策略已被开发出来。在过去的几十年中，多面体半导体光催化剂和光电极已被深入研究，用来修饰半导体/液体界面电子结构，促进电荷分离和转移。
典型的代表是具有{010}和{110}面的单斜BiVO4，在{010}和{110}面之间的导带(CBM)和价带(VBM)边缘的交错排列使得这两个不等效面之间的光生电子和空穴的空间分离成为可能。此外，半导体和导电载体之间的电荷转移同样重要，但是由于存在刚性固体/固体界面，对其进一步探索仍存在挑战。近日，中国科学院金属研究所刘岗和甄超等利用具有不同比例(70%、53%和40%)暴露{110}面的BiVO4颗粒为模型材料，系统地研究了低熔点液态(LMP)金属包裹的BiVO4光阳极的晶面相关界面电荷转移和PEC性能。系统地PEC分析结果表明，由于{010}面的VBM位置比{110}面低，因此{010}面比{110}面更有效地触发半导体/液体界面的水氧化；另一方面，归因于{110}面与LMP金属之间较大的CBM差异，{110}面比{010}面更有利于在半导体/金属界面上收集光生电子，从而增强了从半导体到LMP金属的电子转移。因此，由于在半导体/液体和半导体/金属界面之间均衡的电荷转移，液态金属包裹的{110}面占比53%的BiVO4微粒产生了最佳的PEC性能。在光照和外加偏压条件下，其能够产生1.0 mA cm-2的光电流密度，在0.8 VRHE下的ABPE值高达0.25%，优于另外两种光电极。此外，在连续运行6小时过程中，材料的光电流密度保持不变，显示出优异的稳定性。总的来说，该项工作揭示了液态金属包裹的光电极的表面-性能相关性，这对于后续高效光电极的开发提供了理论依据。Engineering facet-dependent interface charge transfer in liquid metal-embraced BiVO4 photoelectrodes for efficient photoelectrochemical water splitting. Advanced Functional Materials, 2024. DOI: 10.1002/adfm.202409566
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