原位构建Ni-Co双金属空穴传输层提升BiVO4 光阳极光电化学脱盐性能研究

　　为解决BiVO4 光阳极在光电化学(PEC)脱盐中反应动力学缓慢、光腐蚀严重及界面电荷转移效率低的问题，研究人员通过原位组装策略构建了NiO@Co3 O4 /BVO异质结构空穴传输层。该材料在零偏压下实现3.01 mA/cm2 光电流密度和88.76 μg/(cm2 ·min)脱盐速率（较原始BVO提升2.4倍），并在高盐环境(3230 ppm NaCl)中展现卓越稳定性。该研究为太阳能驱动脱盐系统提供了新材料设计范式。

　　

全球能源危机与淡水短缺正威胁可持续发展，预计203年47%人口将面临严重缺水。传统海水淡化技术如反渗透虽有效但能耗高，而太阳能光电化学脱盐技术因零外部耗能成为研究热点。然而，该技术面临光电流衰减、半导体光腐蚀等瓶颈。以BiVO₄
(BVO)为代表的光阳极材料虽具潜力，却受限于电荷复合严重等问题。

宁夏大学研究团队在《Desalination》发表的研究中，创新性地通过金属有机框架(MOF)衍生策略构建了NiO@Co₃
O₄
/BVO异质结构光阳极。该材料采用原位生长结合450℃高温热解工艺，形成双金属空穴传输层(HTL)，通过单向空穴传输通道显著提升性能。研究通过SI-XPS（原位辐照X射线光电子能谱）、EPR（电子顺磁共振）等多模态表征技术揭示了电荷转移机制。

【Synthesis of the NiO@Co₃
O₄
/BVO photoanode】
通过将2-甲基咪唑与Co(NO₃
)₂
/Ni(NO₃
)₂
前驱体溶液在BVO基底上原位生长MOF，经高温处理获得多孔双金属氧化物层，比表面积达119.6 m²
/g（BET测试）。

【Structural and morphological characterization】
XRD证实材料成功负载NiO(PDF#73-1519)和Co₃
O₄
(PDF#74-2120)，HRTEM显示晶格间距0.246 nm对应Co₃
O₄
的(311)晶面。XPS分析揭示Ni²⁺
/Ni³⁺
和Co²⁺
/Co³⁺
氧化还原对的协同作用。

【Conclusion】
该光阳极在15000 ppm高盐度下仍保持125.03 μg/(cm²
·min)脱盐速率，太阳能脱盐能耗仅0.231 μmol/J。机理研究表明Ni-Co双金属界面通过d-p轨道杂化加速空穴迁移，同时Co₃
O₄
的氧空位促进Na⁺
吸附。

该研究不仅将BVO光阳极性能提升至新高度，更通过MOF衍生策略为设计多功能异质结构提供了普适性方法，对推动太阳能海水淡化技术实用化具有里程碑意义。国家自然科学基金(22465029)等项目的支持保障了研究的深入开展。