Maßgeschneiderte Morphologiesymmetrie von Bismutvanadat-Photokatalysatoren für eine effiziente Ladungstrennung

In einer Studie veröffentlicht im Tagebuch Wissenschaft China Chemie Unter der Leitung von Prof. Rengui Li (State Key Laboratory of Catalysis, Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences) wurde durch rationales Anpassen der Morphologiesymmetrie des BiVO4-Photokatalysators ein deutlicher Unterschied in der Ladungstrennung festgestellt.

Interessanterweise können bei oktaedrischen BiVO4-Kristallen fotogenerierte Elektronen und Löcher zwischen Kanten und quasi-äquivalenten Facetten getrennt werden. Wie bei abgestumpftem oktaedrischem BiVO4 tendieren photogenerierte Elektronen jedoch dazu, auf {010}-Facetten zu übertragen, während photogenerierte Löcher sich lieber auf {120}-Facetten ansammeln, wodurch die räumliche Trennung der photogenerierten Ladungen zwischen verschiedenen Facetten realisiert wird.

Die Anpassung der Morphologie von BiVO4-Kristallen führt zu einer deutlich verbesserten photogenerierten Ladungstrennungseffizienz und photokatalytischen Wasseroxidationsaktivität. Es wird angenommen, dass das eingebaute elektrische Feld, das die Trennung von photogenerierten Elektronen und Löchern vorantreibt, durch die Abstimmung der Morphologiesymmetrie von BiVO4-Kristallen moduliert wird.

„Neben der künstlichen Photosynthese durch photokatalytische Wasserspaltung, die die direkte Nutzung und Speicherung von Sonnenenergie in chemischen Brennstoffen ermöglicht, ist der photoinduzierte Ladungstransfer von einem Photokatalysator zu katalytischen Oberflächenstellen von entscheidender Bedeutung, um die Effizienz der Solarenergienutzung sicherzustellen“, sagt Li.

„Daher ist es von großer Bedeutung, den Einfluss von Morphologie und Facette auf die Ladungstrennung zu untersuchen. Basierend auf früheren Untersuchungen zur räumlichen Ladungstrennung zwischen verschiedenen Facetten in Halbleiterkristallen, wobei Wismutvanadat mit einer Struktur mit niedriger Symmetrie als Grundlage genommen wurde Die Arbeit hat die bedeutende Rolle der Morphologiesymmetrie bei der Ladungstrennung aufgezeigt, die wichtig ist, um das rationale Design künstlicher Photokatalysatoren zu erleichtern.“