Los investigadores revelan una restricción clave de los fotoánodos de vanadato de bismuto preparados mediante el método de pirólisis

28 de agosto de 2023

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por Li Yuan, Academia China de Ciencias

La división del agua fotoelectroquímica (PEC) es un enfoque ideal para convertir la energía solar en hidrógeno verde, y la preparación controlable y la fácil escalabilidad de fotoánodos eficientes son cruciales para la aplicación práctica. El vanadato de bismuto en fase monoclínica (BiVO4) es un fotoánodo prometedor debido a su amplia utilización de la luz visible y su buena estabilidad fotoelectroquímica.

En comparación con los métodos populares de preparación de dos pasos, el método de pirólisis de un solo paso tiene muchas ventajas, como simplicidad, bajo costo y aplicabilidad para la fabricación de fotoánodos BiVO4 uniformes de gran área. Sin embargo, no se satisface el rendimiento de los electrodos BiVO4 intrínsecos mediante el método de un solo paso.

Recientemente, un equipo de investigación dirigido por el Prof. Zhang Fuxiang del Instituto Dalian de Física Química (DICP) de la Academia China de Ciencias (CAS) ha revelado factores clave que limitan el rendimiento de oxidación del agua de los fotoanodos BiVO4 preparados mediante el método de pirólisis en un solo paso: pérdida de elementos de vanadio y formación de impurezas de fase tetragonal.

El estudio fue publicado en Angewandte Chemie International Edition el 15 de julio.

Los investigadores descubrieron que el vanadio (V) tiene una cinética de lixiviación más rápida que el bismuto (Bi), lo que da como resultado la inclusión de unos pocos BiVO4 tetragonales con poca capacidad de transporte de carga, que es la restricción clave de los fotoanodos de BiVO4 preparados mediante el método de pirólisis de un solo paso.

Para abordar este problema, optimizaron el precursor consistente y lograron un rendimiento de 4,2 mA/cm2 a 1,23 V frente a RHE bajo iluminación solar simulada, que era comparable al electrodo BiVO4 mediante el método de dos pasos. Además, el método de pirólisis optimizado en un solo paso está disponible para la preparación controlada de fotoánodos BiVO4 confiables de gran superficie con un área de hasta 25 cm2.

"Nuestro trabajo demuestra la viabilidad de la preparación escalable de fotoánodos BiVO4 eficientes y allana el camino para la división del agua por PEC hacia una aplicación industrial práctica", afirmó el profesor Zhang.

Más información: Nengcong Yang et al, Información sobre la restricción clave de los fotoanodos BiVO4 preparados mediante el método de pirólisis para una preparación escalable, Angewandte Chemie International Edition (2023). DOI: 10.1002/anie.202308729

Información de la revista:Edición Internacional de Química Aplicada

Proporcionado por la Academia China de Ciencias