钴基金属有机框架衍生的Co3O4/BiVO4异质结光阳极协同NiCo-LDH提升水氧化性能的能带匹配设计

本文推荐：作者通过MOF衍生法构建Co3O4/BiVO4异质结光阳极，并引入NiCo-LDH（层状双氢氧化物）作为空穴提取层，显著提升光电化学（PEC）水氧化性能。该设计通过能带匹配优化载流子分离效率，使光电流密度达3.02 mA·cm-2（1.23 V vs. RHE），IPCE（入射光子-电子转换效率）提升至53%，为BiVO4的6倍，同时NiCo-LDH加速空穴消耗，大幅增强稳定性。

　　

Highlight

BiVO₄/Co₃O₄光阳极的制备

BiVO₄的合成方法详见补充材料。通过MOF衍生法，将Co(NO₃)₂·6H₂O与2-甲基咪唑在甲醇/乙醇溶液中反应，形成ZIF-67前驱体，经煅烧后转化为Co₃O₄纳米颗粒，均匀负载于BiVO₄表面，构建n-p型异质结。

表征分析

SEM显示，BiVO₄呈典型蠕虫状形貌（图2a），而浸渍10分钟的1BCO样品中Co₃O₄分散性较差（图2b）；优化后的20分钟浸渍样品（图2c）呈现均匀分布的Co₃O₄纳米颗粒，显著提升PEC性能。

结论

通过MOF衍生化将ZIF-67转化为Co₃O₄，与BiVO₄形成能带匹配的异质结，NiCo-LDH作为空穴提取层加速消耗光生空穴，使水氧化动力学显著提升。20分钟浸渍的样品光电流密度达3.02 mA·cm^-2，IPCE提高至53%，稳定性同步增强。