金属氧化物广泛应用于光电化学（PEC）分解水生产氢气和氧气。然而，因为其较差的电荷载流子传输能力，很大程度地限制了最终的催化活性，特别是在较低偏置电压下。电荷传输差主要是由于缺陷位限制和极化子束缚。近日，香港城市大学吴永豪教授以及澳门科技大学吴昊助理教授报道了磷掺杂钒酸铋（BiVO4）光催化剂的载流子动力学过程，尤其是缺陷钝化以及小极化子跳跃，并探究了其在光催化水分解中的影响。
磷掺杂的BiVO4光阳极的入射光子电流转化效率（IPCE）从原有的48%@410 nm提升至75%@410 nm,其吸收光子电流转换效率(APCE)更高达87%@410 nm；此外，在模拟太阳光AM 1.5G照射以及0.6 VRHE的偏置电压下，最优化的磷掺杂BiVO4的电荷分离效率(ηsep)为80%，不仅优于大多数的BiVO4光阳极，并且优于目前大多数报道的其他金属氧化物光电极。时间分辨微波电导率测量(TRMC)表明磷掺杂的BiVO4光阳极与原始样品相比，其电荷动力学行为显着改善。在掺杂磷后，BiVO4光阳极的载流子迁移率增加了约2.8倍，载流子寿命从47.5纳秒增加到80.6纳秒，载流子扩散长度增加了约2.2倍。 结合climbing nudged elastic band (cNEB) 理论计算以及温度相关的电导率测量实验手段，并发现BiVO4光阳极的极化子跳跃活化能（Ea）显著下降，这意味着光激发的电子从BiVO4¬ 结构内的一个晶格位点跳跃到下一个晶格位点所需要的能量更少，这可能是由掺入磷掺杂剂引起的配位环境变化所导致的。此外，瞬态开路电压（OCP）测试证实磷掺杂的BiVO4光阳极表面固有形成的浅缺陷位和深缺陷位都得到显著钝化，从而增加了BiVO4光阳极的开路光电压。Hao Wu, Lei Zhang, Aijun Du, et al., Low-bias photoelectrochemical water splitting via mediating trap states and small polaron hopping, Nat. Commun. 2022, 12, 6231https://doi.org/10.1038/s41467-022-33905-6吴昊助理教授，澳门科技大学，澳门材料与工程研究院，太阳能转化与环境催化（SEECAT）实验室负责人，主要研究方向是纳米催化以及能源材料，以第一作者或通讯作者在Nat. Commun., Angew. Chem. Int. Ed、Adv. Mater、ACS Energy Lett., Adv. Funct. Mater, Small, J. Mater. Chem. A、Solar RRL等学术期刊上发表论文>20篇, 担任化工旗舰期刊Chemical Engineering Journal以及Molecular Catalysis杂志青年编委，Frontiers in Nanotechnology客座编辑，并长期担任Environmental Science & Technology, Catalysis Science & Technology, Journal of Hazardous Materials等学术期刊的受邀审稿人。2022年获国际先进材料协会（IAAM，瑞典）授予IAAM 青年科学家奖章。课题组链接(http://haowugroup.com/)，SEECAT实验室现招收博士后、研究助理各一名，请发送CV到邮箱: wuhao@must.edu.mo, 并咨询详细信息。
吴永豪教授，香港城市大学，能源与环境学院，低碳与环境影响研究中心主任，可再生能源催化实验室负责人。迄今为止，已在主流学术期刊发表相关论文>200篇（包括Nature Catalysis, Nature Communications, Journal of the American Chemical Society，Angewandte Chemie International Editions, Advanced Materials, Chemical Society Reviews, Energy & Environmental Science等）。论文已被引用>19000次，H-index为62。目前担任Journal of Materials Science: Materials in Electronics 主编。鉴于在光电催化领域的贡献，于2013年成为首个非日本籍的Honda-Fujishima奖获得者，并于2018年获得了日本化学会的杰出讲座奖（Distinguished Lectureship Award）。也于2016年被英国皇家化学学会的Journal of Materials Chemistry A评选为Emerging Investigator。2019年，鉴于在亚太地区积极地推进人工光合作用方面的基础研究，荣获2019年亚太经合组织（APEC）科学创新、研究及教育奖（ASPIRE）。课题组连接(https://www.cityu.edu.hk/see/people/dr-yun-hau-ng；https://www.carenergy-lab.com/)。
