Des chercheurs révèlent une restriction clé concernant les photoanodes au vanadate de bismuth préparées par pyrolyse

28 août 2023

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par Li Yuan, Académie chinoise des sciences

La division photoélectrochimique (PEC) de l’eau est une approche idéale pour convertir l’énergie solaire en hydrogène vert, et la préparation contrôlable et la mise à l’échelle facile de photoanodes efficaces sont cruciales pour une application pratique. Le vanadate de bismuth en phase monoclinique (BiVO4) est une photoanode prometteuse en raison de sa large utilisation de la lumière visible et de sa bonne stabilité photoélectrochimique.

Par rapport aux méthodes de préparation en deux étapes populaires, la méthode de pyrolyse en une étape présente de nombreux avantages tels que la simplicité, le faible coût et l’applicabilité à la fabrication de photoanodes BiVO4 uniformes de grande surface. Cependant, les performances des électrodes BiVO4 intrinsèques par la méthode en une étape ne sont pas satisfaites.

Récemment, une équipe de recherche dirigée par le professeur Zhang Fuxiang de l'Institut de physique chimique de Dalian (DICP) de l'Académie chinoise des sciences (CAS) a révélé des facteurs clés limitant les performances d'oxydation de l'eau des photoanodes BiVO4 préparées par la méthode de pyrolyse en une étape : perte d'éléments vanadium et formation d'impuretés de phase tétragonale.

L'étude a été publiée dans Angewandte Chemie International Edition le 15 juillet.

Les chercheurs ont découvert que le vanadium (V) a une cinétique de lixiviation plus rapide que le bismuth (Bi), ce qui entraîne l'inclusion de quelques BiVO4 tétragonaux avec une faible capacité de transport de charge, ce qui constitue la principale restriction des photoanodes BiVO4 préparées par la méthode de pyrolyse en une étape.

Pour résoudre ce problème, ils ont optimisé la cohérence du précurseur et obtenu des performances de 4,2 mA/cm2 à 1,23 V par rapport au RHE sous un éclairage solaire simulé, comparables à celles de l'électrode BiVO4 par la méthode en deux étapes. De plus, la méthode optimisée de pyrolyse en une étape est disponible pour la préparation contrôlée de photoanodes BiVO4 fiables de grande surface avec une surface allant jusqu'à 25 cm2.

"Nos travaux démontrent la faisabilité de la préparation évolutive de photoanodes BiVO4 efficaces et ouvrent la voie à la division de l'eau PEC vers une application industrielle pratique", a déclaré le professeur Zhang.

Plus d'information: Nengcong Yang et al, Aperçu de la restriction clé des photoanodes BiVO4 préparées par la méthode de pyrolyse pour une préparation évolutive, Angewandte Chemie International Edition (2023). DOI : 10.1002/anie.202308729

Informations sur la revue :Édition internationale de chimie appliquée

Fourni par l'Académie chinoise des sciences