本文设计并制备了基于C/C复合材料支撑的新型Br官能化Bi₂SiO₅/Mo₂C肖特基结（Br-Bi₂SiO₅/Mo₂C/C/C）光电催化剂。
研究思路的核心在于：通过Br修饰缩小Bi₂SiO₅的带隙，促进电子的激发与转移；同时引入Mo₂C作为高效的电子抽取层，促进电子快速传输并有效抑制了光生电荷的复合。理论计算表明，该设计极大降低了析氧反应（OER）中O到OOH步骤的能垒，加速了动力学过程。
近期，《Nano Energy》在线发表了陕西科技大学黄剑锋教授、冯亮亮教授和曹丽云教授团队在光电催化全分解水领域的最新研究成果。该工作报道了通过协同能带工程和肖特基结设计，构建超薄二维Br-Bi₂SiO₅/Mo₂C异质结以实现高效光电催化水分解的创新策略。论文第一作者为任森茂，论文通讯作者为黄剑锋、冯亮亮、曹丽云。
在全球能源危机和环境恶化的背景下，太阳能驱动的光电化学（PEC）水分解制氢成为能源转换与存储领域中极具前景的可持续技术。然而，析氧反应（OER）涉及复杂的四电子转移过程，其缓慢的动力学严重限制了光阳极的催化效率和实际应用。Bi₂SiO₅作为一种无毒的Aurivillius族铋基半导体材料，具有良好的应用潜力，但其较宽的带隙（3.2-3.5 eV）以及较差的电子迁移率导致了严重的光生载流子复合，使得其OER性能不尽如人意。为了解决这一难题，通过阴离子功能化来调控能带结构，并结合构建肖特基结来加速电荷分离，成为提升光电催化性能的有效途径。
本文使用设备为泊菲莱光电化学测试系统">PEC2000光电化学测试系统，系统具备如下优点：一体智能整合，空间更紧凑，操作更简便；
高精度，自动化，数字化，让实验数据更准确；
激光光路准直定位；
自动转盘工作位设计含准直位、光功率测量位、单室反应位、定制反应器反应位等；
在更小体积下，功能更丰富，可测量I-V、I-t、电化学阻抗谱、氢气和氧气的生成量等；
可与μGAS1001系统联用，测试法拉第效率
展示了采用水热合成与电泳沉积相结合的方法，在C / C复合基底上依次生长Mo₂C和超薄Br -Bi₂SiO₅，最终成功构建Br -Bi₂SiO₅/Mo₂C/ C / C肖特基结的完整制备流程。
图1.制备流程图
SEM、TEM与AFM结果表明，在CTAB的作用下成功剥离出厚度约为1.7 nm的超薄Br-Bi₂SiO₅二维纳米片。高分辨透射电镜（HRTEM）显示，材料中同时存在0.304 nm和0.228nm的晶格条纹，分别对应Bi₂SiO₅的(311)晶面和Mo2C的(101)晶面，清晰地证明了Br-Bi₂SiO₅/Mo₂C肖特基结界面的成功构建。
图2. (a-c) BSO，(d-f) Br-BSO的SEM图像及其相应的AFM图。(g) BSO和Br-BSO的XRD。(h) BSO，Br-BSO的拉曼
光谱(785 nm激发)。和Br-BSO的(i) TEM，(j) HRTEM，(k) EDS图像。
图3. (a-c) Br-BSO/Mo₂C/C/C的SEM图像及其相应的AFM图,( d) Br-BSO/Mo₂C/C/C的XRD和(e)Br-
BSO/Mo₂C/C/C的TEM、(f) HRTEM、(g) HAADF和EDS图像。
XPS结果不仅证实了Bi-Br键的形成，还揭示了强烈的界面电子相互作用。在Br-BSO/Mo₂C/C/C复合物中，C 1s峰向低结合能方向偏移，而Bi 4f峰整体向高结合能方向偏移，这表明受Mo₂C优异的电子捕获效应驱动，电子从Br-BSO定向转移至Mo₂C（Br-BSO→Mo₂C）。
图4.(a) Br-BSO /C/C和Br-BSO/Mo₂C/C/C的XPS测量,( b) C 1 s、(c) O 1 s、(d) Bi 4 f、(e) Si 2p、(f)和Mo 3d的
高分辨率XPS光谱。
在1.23 V vs. RHE下，Br-BSO/Mo₂C/C/C光阳极展现出高达6.5 mA cm⁻²的光电流密度，分别是原始BSO/C/C和Br-BSO/C/C的342倍和125倍。最高外加偏压光子-电流效率（ABPE）达到1.2%，光电转化效率（IPCE）达70%。此外，在全水分解（OWS）器件测试中，该系统不仅能提供3.4 mA cm⁻²的稳定电流密度，并且在连续运行18小时后仍保持91%的初始光电流，表现出极具潜力的商业应用价值。
图5. (a) J-V曲线，(b) ABPE (c) IPCE，(d)电荷分离效率，(e)电荷转移效率，(f)不同催化剂的LSV、ABPE、IPCE、
ηinj、ηsep和OCP的比较，(g)三种BSO基光阳极的OCP。Br-BSO/Mo₂C/C/C光阳极在1.23 V下相对于RHE的(h)J-T曲线(6小时)(I)Br-BSO/Mo₂C/C/C光阳极在1.23 V下相对于RHE的H₂和O₂的产生和析出速率。
稳态（PL）与时间分辨光致发光光谱（TR-PL）证实，肖特基结的形成有效抑制了光生载流子的复合，平均载流子寿命由5.33 ns显著延长至10.13 ns。DFT计算进一步揭示了内在机理：Br修饰提升了价带位置使得带隙变窄，而Br-BSO与Mo₂C结合后，复合材料对水分子的吸附能提升（ΔGH₂Oads = -0.421 eV）。更重要的是，协同作用使限速步骤（O到OOH）的反应能垒大幅降至1.65 eV，从热力学和动力学双重维度加速了水分解过程。
图6. (a)BSO的UV-vis，Br-BSO，Br-BSO/Mo₂C，(b)BSO的XPS VB，Br-BSO，(c) BSO的功函数，(d)Br-BSO，
(e)BSO和Br-BSO的能带结构示意图和(f) PL谱，(g) TR-PL谱(h) TP曲线，和(I)BSO/C/C，Br-BSO/C/C，Br-BSO/Mo₂C/C/C的EIS图。
图7. (a)电子转移机理图，(b)Br-BSO/Mo₂C的差分电荷，(c) BSO和(d) Br-BSO的DOS，(e)BSO、Br-BSO和Br-
BSO/Mo₂C的吸附自由能图(GH₂Oabs)和(f-h)自由能图。
要点：本文综合运用了形貌显微学（SEM、TEM）、表面能谱分析（XPS、Raman）、电化学测试手段（LSV、IPCE、M-S曲线、EIS抗阻）及DFT第一性原理计算，翔实地阐述了该复合材料内电子抽取层的设计对抑制载流子复合和促进氧析出反应活性的巨大贡献。
综上所述，本研究成功设计并制备了一种新型的Br官能化二维Bi₂SiO₅/Mo₂C肖特基结复合材料，并将其负载于C/C基底上用于光电化学水分解。得益于缩小的带隙、超薄的二维纳米结构以及高效的肖特基结界面电子传输，该光阳极在展现出优异的光电流密度的同时，能够保持长达25小时的卓越运行稳定性。本工作为调控光阳极的电子传输动力学机制提供了全新的视角和策略，在未来的光电能源转换技术应用中具有广阔前景。
任森茂：第一作者，陕西科技大学2023级博士研究生。师从黄剑锋教授和冯亮亮教授，主要研究方向为半导体光电催化水分解及污染物降解界面的设计与调控。
黄剑锋：通讯作者，陕西科技大学教授、博士生导师、校长。主要研究领域涵盖钠离子电池材料、光催化环境材料、功能薄膜与涂层等。主持多项国家及省级科研项目，并在《NanoEnergy》、《Applied Catalysis B》等国际权威期刊发表了大量高水平论文，曾获多项国家及省级科技奖励。
冯亮亮：通讯作者，陕西科技大学教授、博士生导师。研究重点为能源与环境材料、催化材料和功能纳米材料，在国际知名期刊已发表70余篇SCI论文。
曹丽云：通讯作者，陕西科技大学教授、博士生导师，材料物理与化学学科学术带头人。主要从事功能薄膜与纳米能源材料等研究，共发表论文120余篇并获得多项科技奖项。
Senmao Ren, Jianfeng Huang, Liangliang Feng, Xingang Kong, Yongqiang Feng, Faliang Luo,Haijun Ma, Dewei Chu, Yijun Liu, Yong Zhao, Junle Dong, liyun Cao. Synergistic bandgapengineering and Schottky junction design in Br-functionalized Bi₂SiO₅/Mo₂C for high-efficiency photoelectrocatalytic water splitting. Nano Energy 155 (2026) 112039.https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2026.112039北京泊菲莱科技有限公司（Beijing Perfectlight）成立于2006年，是国家级高新技术企业、中关村高新技术企业及北京市第一批“专精特新”企业，企业通过ISO 9001 / 14001 / 45001管理体系认证，售后服务达GB / T 27922 - 2011五星级标准。公司专注于智能化、高精度、高性能设备及整体解决方案的研发、生产、销售与服务，产品涵盖光源、光/光电/光热/热催化装置、表征测试系统、产研装置与光合成设备等十余系列，支撑从基础研究、小试中试到工业化放大。
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