自Kudo等人报道了BiVO4具有一定光催化水氧化活性以来，BiVO4由于其独特的能带结构和水氧化性能，在众多三元金属氧化物中脱颖而出，

  BiVO4主要有三种晶型结构：单斜白钨矿（s-m）、四方白钨矿（s-t）和四方锆石（z-t）结构，其禁带宽度分别为~2.4eV、~2.4eV和~2.9eV。

  其中，单斜白钨矿BiVO4表现出最高的光催化活性，这还在于单斜白钨矿BiVO4价带主要由Bi6s和O2p轨道杂化而成，而四方锆石BiVO4价带则主要由其空的V3d轨道构成。

  Bi6s和O2p轨道的相互作用，会使单斜白钨矿BiVO4的价带位置和导带位置分别向上和向下略微移动，这在某些特定的程度上减小了BiVO4的禁带宽度，有利于其更好吸收利用太阳能驱动水氧化分解反应。

  BiVO4合适的能带结构（价带位置接近~2.4Vvs.RHE）不仅使其能够吸收大约11%的太阳光用于驱动水氧化分解反应，同时还能轻松实现9.3%的理论STH效率，以及高达7.5mA/cm2的理论光电流密度。

  另一方面，BiVO4成本低廉且易于制备（尤其是其成膜电极的制备相对容易）。此外，BiVO4在中性水溶液中具有稳定的物理化学性质。作为光阳极材料，BiVO4的上述特性使其在大规模制备和应用成本方面是经济、可行的。

  值得注意的是，由于BiVO4自身的一些缺陷（例如，BiVO4光阳极空穴传输距离较短，大约只有60-200nm；光生电子和光生空穴在BiVO4体相及表面易复合；以及BiVO4光阳极水氧化反应动力学缓慢等），导致其太阳能水氧化活性并不理想。

  总体来说，这些改性策略大致上可以分为两个方面，第一为BiVO4光阳极热力学层面的改性（如，组分调控、形貌调控、异质结构建等），第二为BiVO4光阳极动力学层面的改性（如，与析氧电催化剂复合、晶面调控等）。

  BiVO4光阳极组分调控最重要的包含金属/非金属离子掺杂和氧空位引入。①金属/非金属离子掺杂

  掺杂主要指杂质掺杂，即在半导体光阳极材料的规则晶格中加入少量外来原子，通过增加电子或空穴密度，使半导体光阳极电学性质发生明显的变化，进而改善其太阳能水氧化过程中光生载流子的分离与转移性能。

  2011年，美国科学家Bard等人首次将W、Mo共同掺杂进入BiVO4光阳极，并发现2%W和6%Mo共掺杂可明显提高BiVO4光阳极水氧化活性。

  由于W和Mo均含有6个价电子，其掺杂后可取代BiVO4中部分V5+位点，得到给电子体的掺杂BiVO4光阳极，从而明显提高了BiVO4的导电率及其体相内电子-空穴传输效率。

  随后，Liu等人通过第一性原理方法计算了W、Mo共掺杂BiVO4中单个电子的空穴传输距离（包括其传输路径及跃迁活化能），并对光生电子和光生空穴的传输行为进行了模拟，最终证实了W、Mo共掺杂后，由于BiVO4光阳极中载流子浓度增加、导电性提高，进而使BiVO4光阳极上光生电子及光生空穴的分离转移性能得到了有效改善。

  2021年，Wang等人将微量的Pt元素掺杂进入含不同氧空位浓度的BiVO4薄膜，在1.23Vvs.RHE下，在该Pt掺杂BiVO4光阳极上观察到了5.45mA/cm2的水氧化高光电流密度（AM1.5G光照，电解液为1.0MKBi），更重要的是，在0.8Vvs.RHE下，Pt:BiVO4光阳极表现出了50小时的超长水氧化稳定性。

  通过调节烧结气氛（不同N2:O2比例）在BiVO4薄膜上引入不同浓度氧空位，增加了BiVO4光阳极上电子的传导性，而Pt的存在则有效抑制了BiVO4光阳极中光生载流子的复合。

  作为材料的一种本征缺陷，氧空位广泛存在于各种金属氧化物中，并能显著改变材料体相（如，导电性、材料能带结构等）和表面（如，表面构成、分子吸附等）性质。

  目前，国内外已开发了多种高效的氧空位引入方法用于BiVO4光阳极的改性研究（如，电化学沉积煅烧法、光刻法、硫氧化烧结法、光辅助电沉积法等）。

  2018年，Wang等人通过电化学沉积及煅烧过程制备出富含氧空位的高透明iVO4光阳极。由于富集的氧空位可当作电子供体向导带提供电子，该BiVO4双光阳极在1.23Vvs.RHE下显示出了6.22mA/cm2的高光电流密度（AM1.5G，电解液为1.0MKBi-0.2MNa2SO3）。

  对其复合助催化剂后，FeOOH/NiOOH/BiVO4双光阳极在不需要偏置电压的情况下其STH效率达到了6.5%（图1-4a）。此后，通过氧空位改善BiVO4光阳极水氧化性能的研究越来越多。

  2022年，Gong等人提出了一种简单的光刻方法用于制备富含氧空位的BiVO4光阳极。通过10分钟光刻技术在BiVO4光阳极表面富集氧空位后，BiVO4/电解质界面处的电荷分离效率明显增强。

  Wang等人通过两步硫氧化烧结法制备了富含氧空位的BiVO4薄膜（图1-4c和图1-4d）。由于氧空位的存在降低了水氧化反应过电位，因而使BiVO4光阳极上电荷分离效率得到一定效果提高（98.2%）。

  与NiFeOx助催化剂复合后，BiVO4/NiFeOx光阳极光电流密度在1.23Vvs.RHE下达到了5.54mA/cm2（电解液为1.0M硼酸盐缓冲液），同时，该条件下BiVO4/NiFeOx光阳极表现出了80小时的超长水氧化稳定性。

  异质结是指不同半导体光阳极之间界面接触的区域。异质结最大的作用机理为：通过不同半导体光阳极能带结构之间的差异（如，导带、价带位置差异），实现其表面光生载流子的高效分离与转移，来提升光阳极太阳能水氧化性能。

  2011年，美国科学家Grimes等人通过旋涂沉积法，首次将BiVO4与WO3组合构建了WO3/BiVO4异质结光阳极，该异质结光阳极具有比纯BiVO4更高的光电转化效率和水氧化稳定性。

  2018年，Bi等人通过电沉积法将FeF2沉淀在BiVO4薄膜表面制备出了FeF2/BiVO4异质结光阳极。该异质结的存在不仅增强了光阳极在可见光范围的光吸收能力，还改善了光阳极上光生电子和光生空穴的转移性能。

  在该异质结光阳极中，ETL是以ITO为基底的电子传输层，只允许电子通过，可有效促进ITO/BiVO4界面电荷的分离；而HTL则是以Fe2TiO5为覆盖层的空穴传输层，只允许空穴通过。ETL与HTL层的存在促进了BiVO4/电解液界面处电荷的分离与转移，使ITO/BiVO4/Fe2TiO5光阳极的水氧化活性得到一定效果提高。

  与该多层异质结光阳极具有相似水氧化作用机理的还有TANF/BiVO4/In2O3NRs，其中In2O3NRs为电子传输层。

  In2O3NRs上丰富的纳米点以及核壳结构可缩短电荷扩散长度，有效改善TANF/BiVO4/In2O3NRs光阳极水氧化性能；TANF助催化剂的加入，改善了光阳极上电荷的注入效率，加快了其水氧化动力学速度，使TANF/BiVO4/In2O3NRs光阳极在1.23Vvs.RHE下的水氧化光电流密度达到4.2mA/cm2（电解液为0.5MK-Pi缓冲液-1.0MNa2SO3）。

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