實現中性pH、溫和環境下高效、穩定的光電催化（PEC）分解制氫被認為是最有希望的生産清潔可再生能源的途徑之一。但中性電解質中由于較低的OH^-濃度，表界面反應動力學相比于堿性電解質更加緩慢。BiVO₄作為一種新型的PEC半導體材料之一正受到人們的廣泛注意，但嚴重的光生載流子複合和光腐蝕限制了其PEC性能和穩定性。為此，我校澳门京葡娱乐网和能源材料化學研究院武利民教授和王蕾教授課題組，和賀進祿研究員課題組通過調控電解質組成，原位組裝超薄助催化劑，控制半導體/助催化劑界面處的動态平衡，實現在無犧牲試劑下半導體高達600小時的長期耐久性。相關工作于1月4日在線發表在Science子刊Science Advances上。

    團隊首次通過實驗證明了B原子原位取代BiVO₄中V元素（圖1），進一步引入Ni離子，促進B-O鍵的形成，提高析氧性能，獲得的硼酸鹽物種可以通過加速質子耦合電子轉移而作為催化劑活性的促進劑（圖2）。原位組裝的NiB催化劑負載于BiVO₄在模拟太陽光及1.23 V_RHE電位下，獲得6 mA cm^-2的光電催化性能。更為重要的是，該NiB/BiVO₄半導體達到接近600小時的光電催化抗腐蝕性能（圖3），是BiVO₄基光陽極在中性電解質中最好的穩定性能。IMPS、TAS動力學表征（圖4）及非絕熱分子動力學與時域密度泛函理論計算（圖5）等證明了NiB助催化劑的負載加速了半導體光生載流子的分離與轉移，緩解了半導體界面處的載流子複合，揭示半導體光生載流子壽命的延長機理。該研究可以有效推動PEC水氧化半導體/電解質動态界面的前沿發展。

圖1 恒電位極化過程中B取代V電化學表征。

圖2 原位NiB助催化劑電化學合成與表征。

圖3 中性條件下NiB/BiVO₄穩定性能測試結果，獲得600小時穩定性能。

圖4 NiB/BiVO₄在中性電解質中光生載流子分離與轉移動力學測試表征。

該論文是我校第一次作為第一作者和通訊作者單位在Science Advances發表研究論文，澳门京葡娱乐网2020級博士研究生高瑞廷為獨立一作，武利民教授，王蕾教授，賀進祿研究員為共同通訊作者。該工作得到國家自然科學基金創新群體，内蒙古自治區草原英才計劃和自然科學基金，澳门京葡娱乐网青年科技英才培育項目，澳门京葡娱乐网“駿馬計劃”高層次人才啟動金等項目的資助。

論文鍊接：DOI: 10.1126/sciadv.ade4589

王蕾課題組主頁鍊接：https://www.x-mol.com/groups/imu_wanglei