연구원들은 열분해 방법을 통해 제조된 비스무트 바나데이트 광양극의 주요 제한 사항을 밝힙니다.

2023년 8월 28일

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작성자: Li Yuan, 중국과학원

광전기화학(PEC) 물 분해는 태양 에너지를 녹색 수소로 변환하기 위한 이상적인 접근 방식이며, 효율적인 광양극의 제어 가능한 준비와 쉬운 확장성은 실제 적용에 매우 중요합니다. 단사정계 비스무트 바나데이트(BiVO4)는 넓은 가시광 활용도와 우수한 광전기화학적 안정성으로 인해 유망한 광양극입니다.

널리 사용되는 2단계 준비 방법에 비해 1단계 열분해 방법은 단순성, 저렴한 비용, 균일한 대면적 BiVO4 광양극 제조에 대한 적용 가능성과 같은 많은 장점을 가지고 있습니다. 그러나 원스텝 방식으로는 본질적인 BiVO4 전극의 성능이 만족스럽지 못하다.

최근 중국과학원(CAS) 산하 대련화학물리연구소(DICP)의 Zhang Fuxiang 교수가 이끄는 연구팀은 1단계 열분해 방법으로 제조된 BiVO4 광양극의 물 산화 성능을 제한하는 주요 요인을 밝혀냈습니다. 바나듐 원소의 손실 및 정방정계 불순물의 형성.

이 연구는 7월 15일 Angewandte Chemie International Edition에 게재되었습니다.

연구진은 바나듐(V)이 비스무트(Bi)보다 침출 동역학이 더 빠르기 때문에 전하 수송 능력이 좋지 않은 정방정계 BiVO4가 몇 개 포함된다는 사실을 발견했습니다. 이는 1단계 열분해 방법으로 제조된 BiVO4 광양극의 주요 제한 사항입니다.

이 문제를 해결하기 위해 그들은 전구체 일관성을 최적화하고 시뮬레이션된 햇빛 조명 하에서 RHE 대비 1.23V에서 4.2mA/cm2의 성능을 달성했습니다. 이는 2단계 방법으로 BiVO4 전극과 비교할 수 있습니다. 또한 최적화된 1단계 열분해 방법을 사용하면 최대 25cm2의 면적을 갖춘 신뢰할 수 있는 대면적 BiVO4 광양극을 제어하여 준비할 수 있습니다.

Zhang 교수는 “우리의 연구는 효율적인 BiVO4 광양극의 확장 가능한 제조 가능성을 입증하고 PEC 물 분해가 실제 산업 응용을 위한 길을 열었다”고 말했습니다.

추가 정보: Nengcong Yang 외, 확장 가능한 준비를 위한 열분해 방법으로 준비된 BiVO4 광양극의 주요 제한 사항에 대한 통찰, Angewandte Chemie International Edition(2023). DOI: 10.1002/anie.202308729

저널 정보:응용화학 국제판

중국과학원 제공