1，文（wén）章信息

標題：Three-phase heterostructure photoanode of CeO2/BiVO4/MoO3 for enhanced photo-electrochemical desalination

中文標題：用（yòng）於增強光電化學脫（tuō）鹽的CeO2/BiVO4/MoO3三相（xiàng）異質結（jié）構光陽極

頁（yè）碼：163436

DOI：10.1016/j.cej.2025.163436

2. 文章鏈接

https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.163436

3. 期刊信息

期刊名：Chemical Engineering Journal

2025年影響因子：13.4

分區信息：JCR分區：Q1

涉及（jí）研究方向：工程技術、工程化工、工程環境

4. 作者信（xìn）息：第一作者是（shì） 袁盛博。通訊作（zuò）者為 羅民、楊永清、陳（chén）福明。

5. 文章所用產（chǎn）品（pǐn）：CEL-S500氙燈（dēng）光（guāng）源;

文章簡介：

太陽能驅動的光（guāng）電化學海水淡（dàn）化（huà）（SD-PED）提供了一條有前途的淡水途徑（jìng），但效率和穩定性仍然是（shì）關鍵挑戰。本文提出一種在（zài）鉬襯底上原位合成的新型CeO2/BiVO4/MoO3三相異質結構光陽極。設計具有電子/空穴傳輸層的三層異質結光電極實現了優異的（de）循環穩定（dìng）性和脫鹽效率，展示了該策略的應用潛力。在零偏壓和模擬照明下，光陽極從5000 ppm NaCl溶液（yè）中實現了107.43 μg/（cm2 min）的高鹽去除率和0.135 μmol/J的太陽能脫鹽能力。展示了出色的循環穩定性，突出（chū）了這種集成電極設計（jì）策略對於高效耐用的SD-PED係統的潛力。這項工作為直（zhí）接在功（gōng）能襯底上（shàng）構建多層光（guāng）電極以增強光（guāng）電化學性能（néng）提供了參考。

圖1 三相異質結製備工藝

以Mo板為基底，合成BiVO4層（céng），然後通過化學浴沉積法，將CeO2納米顆粒（lì）沉積到BiVO4/MoO3電極上，最終形成CeO2/BiVO4/MoO3三相異質（zhì）結構光陽極。通（tōng）過該方（fāng）法製備的光陽極顯示（shì）出一步形成的BiVO4/MoO3結構，其表麵具有均勻分布的CeO2催化劑。雙II型異質結構促進了光生電（diàn）子-空穴（xué）對的有效分（fèn）離，並增強了與電解（jiě）質的接觸，從而實現了卓越的電（diàn）荷載（zǎi）流子（zǐ）分離和傳輸。

圖2 (a-b) 脫鹽器件直觀圖

SEM圖像展示了三相異質結樣（yàng）品的形貌，揭示了一（yī）種獨特的珊瑚狀結構（圖3b）。為了（le）闡明界麵結構，進行了控製腐蝕實驗：（1）長（zhǎng）時（shí）間HCl處理（1 h）BC-0暴露的底（dǐ）層MoO₃ 薄板（圖3c），暴露完整（zhěng）MoO₃ 基層；（2）BC-2的簡短蝕刻（2分鍾）顯示尺寸減小的BiVO₄ 具有多孔（kǒng）形態的顆（kē）粒（圖3d），同時確（què）認MoO3存在於BiVO4下方. 這種結構結構意味著BiVO4合成過程中MoO3界麵層的原位形（xíng）成，這是由Mo和BiVO4物種在高溫下的氧化還原相互作用介導的。

圖3 三相異質結的（a）XRD和（b-d）掃描電鏡圖片

圖4 （a）三相異質結的XPS總譜（b）Ce 3d和（c）Mo 3d；（c）BiVO4/MoO3電極和BiVO4/FTO電極的Bi 4f譜圖。

 如圖4d所示，在（zài）Mo板上製備的BiVO4/Mo電極與BiVO4/FTO電極的Bi 4f譜（pǔ）圖中可以看到，BiVO4/Mo中Bi的峰向低能偏移，且產生了Bi單質的特征峰。結（jié）合圖4c中Mo元素為5+/6+混合價態，可知Mo板表麵在合成BiVO4時，Mo與Bi發生（shēng）了氧化還原反應，誘導（dǎo）MoO3生成在BiVO4的下（xià）層。

圖5（a-b）BiVO4/MoO3電極的原位XPS譜圖；（c）DMPO-OH·的EPR譜圖；（d）OH·累積實驗。

  通過對BiVO4/MoO3電極進行原（yuán）位光照的XPS實驗，證實了在CeO2/BiVO4/MoO3三相（xiàng）異質結構光陽極中（zhōng），電子由BiVO4向MoO3轉移；通過對CeO2/BiVO4/FTO電極進行DMPO-OH·的EPR測試和OH·累積實（shí）驗證明光生空穴由BiVO4向CeO2轉移。即以BiVO4為中心，製備了MoO3電子傳輸層和CeO2空穴傳（chuán）輸層，最大化BiVO4的光吸收/轉化能力。

圖6（a）不同製備條件的（de）三相異質結的脫鹽（yán）性能（néng）；（b）BC-2樣品的循環性能。

圖6a顯示了零偏差條件下的脫鹽性能。BC-2光陽極將鹽濃度從5000 ppm降低到大約100 ppm，優於（yú）BiVO4光陽極。這種提高的脫鹽效率歸因於BC-2光陽極（jí）產生（shēng）的更高光電流。BC-2光陽極的鹽去除率為107.43 μg/(cm2min)，光能利用率為0.135μ mol/J。與（yǔ）單個CeO₂/BiVO₄/FTO和BiVO₄/MoO₃（BC-0）異質結相比，三層CeO₂/BiVO₄/MoO₃異質結表現出顯著增強的性能。