Nano Energy：陕西科技大学黄剑锋/冯亮亮/曹丽云团队在光电催化水分解领域取得新进展

</p> <p style="color:#666;font-size:14px;text-align:center;">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</p> <p>光谱(785 nm激发)。和Br-BSO的(i) TEM，(j) HRTEM，(k) EDS图像。</p> <p style="text-align:center;margin:14px 0;"><img src="/d/file/p/2026/09-20/83677349a19c92e95b528844597c210c.jpg" alt="图3 Br-BSO/Mo₂C/C/C的SEM/TEM/EDS图像" title="图3 Br-BSO/Mo₂C/C/C的SEM/TEM/EDS图像" style="max-width:100%;height:auto;border-radius:4px;" /></p> <p style="color:#666;font-size:14px;text-align:center;">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-</p> <p>BSO/Mo₂C/C/C的TEM、(f) HRTEM、(g) HAADF和EDS图像。</p> <p>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）。</p> <p style="text-align:center;margin:14px 0;"><img src="/d/file/p/2026/09-20/5bec9e321f61031de8a57d377936d577.jpg" alt="图4 XPS光谱分析" title="图4 XPS光谱分析" style="max-width:100%;height:auto;border-radius:4px;" /></p> <p style="color:#666;font-size:14px;text-align:center;">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</p> <p>高分辨率XPS光谱。</p> <p>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。</p> <p style="text-align:center;margin:14px 0;"><img src="/d/file/p/2026/09-20/525feed66d6cf06918153296329812bd.jpg" alt="图5 光电化学性能：J-V/ABPE/IPCE" title="图5 光电化学性能：J-V/ABPE/IPCE" style="max-width:100%;height:auto;border-radius:4px;" /></p> <p style="color:#666;font-size:14px;text-align:center;">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、</p> <p>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。</p> <p>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。</p> <p style="text-align:center;margin:14px 0;"><img src="/d/file/p/2026/09-20/729a9ec3fd538449c1cd72315b29ea2a.jpg" alt="图6 UV-vis吸收与能带结构" title="图6 UV-vis吸收与能带结构" style="max-width:100%;height:auto;border-radius:4px;" /></p> <p style="color:#666;font-size:14px;text-align:center;">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，</p> <p>(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。</p> <p style="text-align:center;margin:14px 0;"><img src="/d/file/p/2026/09-20/b9779256d4e8838ead445e14c8dcdbcb.jpg" alt="图7 EIS阻抗谱" title="图7 EIS阻抗谱" style="max-width:100%;height:auto;border-radius:4px;" /></p> <p style="color:#666;font-size:14px;text-align:center;">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-</p> <p>BSO/Mo₂C的吸附自由能图(GH₂Oabs)和(f-h)自由能图。</p> <p>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。</p> <h2>全文小结</h2> <p>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。