Preparation and Photoelectrochemical Performance of BiVO4/CuBi2O4 Thin Film Photoanodes

doi:10.7503/cjcu20220017

Abstract

Abstract:

The poor separation and significant recombination of electron-hole pairs and slow transfer mobility of charge carriers limit the performance of BiVO₄ for photoelectrochemical（PEC） water splitting. Herein， we present the ternary metal oxide deposition of p-type CuBi₂O₄ as a route to obtain a novel photocatalyst layer on BiVO₄ to form n-BiVO₄/p-CuBi₂O₄ a novel composite photoanode for PEC water splitting. It is found that BiVO₄/CuBi₂O₄ and BiVO₄/CuBi₂O₄/Co-Pi thin films addition show better PEC performance compared with bare BiVO₄ under visible illumination. At 1.23 V（vs. RHE） potential， BiVO₄/CuBi₂O₄ thin film show excellent PEC water oxidation performance， and the photocurrent density reaches 2.8 mA/cm². The photocurrent density of BiVO₄/CuBi₂O₄/Co-Pi thin film loaded with cobalt-phosphate（Co-Pi） reaches 4.45 mA/cm². The curront densities are 3.1 times and 4.9 times of bare BiVO₄， respectively. BiVO₄ and CuBi₂O₄ construct a p-n heterojunction to boost its poor electron-hole separation and transport properties using the built-in electrical potential. The X-ray diffraction（XRD）， UV-Vis measurements， electro-chemical impedance spectroscopy（EIS） and schematic diagram of band structure absorption spectra reveal the enhanced PEC performance and light stability of the prepared electrode materials， when it is applied to PEC water splitting. Based on the study， we have gained an in-depth understanding of the BiVO₄/CuBi₂O₄ and BiVO₄/CuBi₂O₄/Co-Pi composite as high potential in efficient PEC water splitting devices.

Key words: BiVO₄, p-n Heterojunction, Photoanode, Internal electric field, Photoelectrochemical water splitting

CLC Number:

O646

TrendMD:

LIU Jiaqi, LI Tianbao. Preparation and Photoelectrochemical Performance of BiVO₄/CuBi₂O₄ Thin Film Photoanodes[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(4): 20220017.

Figures/Tables 5

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