由于空穴传输能力差、表面缺陷密度高以及水氧化反应动力学缓慢，BiVO4在光电化学（PEC）水氧化领域的广泛应用面临着巨大挑战，采用界面工程来辅助能级调制是应对这些挑战的有效策略。
2024年11月13日，陕西师范大学闫俊青教授团队在Advanced Energy Materials期刊发表题为“Interfacial Engineering‐Assisted Energy Level Modulation Enhances the Photoelectrochemical Water Oxidation Performance of Bismuth Vanadate Photoanodes”的研究论文，团队成员Tian Kaige、Xu Zhuo为论文共同第一作者，闫俊青教授、中国科学院大连化学物理研究所刘生忠教授为论文共同通讯作者。
该研究通过CuCrO2空穴传输层（HTL）与NiCo-MOF耦合并进一步原位生长，制备出NiCo-MOF-CuCrO2-BiVO4复合光阳极。这种新型复合光阳极不仅在1.23V电压下与可逆氢电极（vs RHE）相比达到了5.75mA cm-2的光电流密度，而且还能保持稳定运行24小时以上。全面的物理化学表征和密度泛函理论计算证实，CuCrO2 HTL与BiVO4光阳极之间形成的p-n异质结所产生的内置电场增强了空穴传输能力。此外，光阳极表面螯合的NiCo-MOF不仅能钝化表面缺陷态，还能加速水氧化反应的动力学过程。在双重修饰的协同作用下，BiVO4光阳极的PEC水氧化性能得到了显著提高。这项开创性工作提出了一种MOF/HTL/BiVO4配置，为未来开发用于高效太阳能转换的集成光阳极提供了蓝图。
DOI：10.1002/aenm.202404477
该研究报道了一种新型NiCo-MOF-CuCrO2-BiVO4复合光阳极，它是通过将CuCrO2HTL耦合到BiVO4光阳极表面并进一步原位生长NiCo-MOF而获得的。新开发的复合光阳极具有优异的PEC水氧化性能，在1.23V vs. RHE电压下可达到5.75mA cm-2的高光电流密度，并且在24小时内具有显著的稳定性。详细的物理化学表征结合密度泛函理论DFT计算证明，将CuCrO2作为HTL与BiVO4光阳极耦合后形成的p-n异质结形成了内置电场，从而显著增强了载流子迁移。光阳极表面螯合的NiCo-MOF既能钝化表面缺陷态，又能增强水氧化反应的动力学。这两种改性策略的协同作用使得光生空穴能迅速迁移到SEI并及时参与水氧化反应，从而显著提高了BiVO4光阳极的PEC水氧化性能。该研究强调了界面工程学，并提出了一种可行的MOF/HTL/BiVO4构型，为今后设计和构建基于BiVO4的新型光阳极提供了宝贵参考。
总之，该研究报道了一种新型NiCo-MOF-CuCrO2-BiVO4复合光阳极，它是通过将CuCrO2 HTL耦合到BiVO4光阳极表面并进一步原位生长NiCo-MOF而获得的。新开发的复合光阳极表现出卓越的PEC水氧化性能，在1.23V vs. RHE的电压下实现了5.75mA cm-2的高光电流密度，并且在24小时内具有显著的稳定性。详细的物理化学表征和DFT计算显示，通过耦合CuCrO2 HTL与BiVO4光阳极构建的p-n异质结形成了内置电场，从而有效地促进了载流子迁移。此外，NiCo-MOF的原位生长还表现出双重效应：首先，NiCo-MOF中独特而多样的官能团有效地钝化了表面缺陷态，显著减少了载流子的表面重组；其次，NiCo-MOF中的双金属元素Ni和Co之间的协同作用显著增强了水氧化反应的动力学。这两种改性策略的协同效应使得光生空穴能够迅速转移到半导体/电解质界面，并及时参与水氧化反应，从而显著提高了BiVO4光阳极的PEC水氧化性能。该研究强调了界面工程学，提出了一种可行的MOF/HTL/BiVO4构型，为今后设计用于高效太阳能转换的集成光阳极提供了宝贵参考。
■密度泛函理论DFT计算：电荷密度、态密度DOS、能带、费米能级、功函数、ELF；介电常数、弹性模量、声子谱；吉布斯自由能、吸附能、掺杂能、缺陷形成能；HER、OER、ORR、NRR、CO2RR；反应路径、反应机理、迁移能垒等
■量子化学QC计算：静电势、偶极矩、布居数、轨道特性、自旋密度、Fukui函数；激发态、跃迁偶极矩；氢键、π-π堆积、疏水作用力；过渡态、反应能垒、反应机理；红外、拉曼、荧光、磷光、核磁谱、圆二色谱等
■分子动力学MD模拟：生物体系弱相互作用分析、受体-配体组装过程、结合自由能；材料体系的高分子构象预测、材料与溶液界面性质、粗粒化模拟；轨迹分析RMSD/RMSF、径向分布函数RDF、扩散、氢键数量；分子对接；同源建模；虚拟筛选、定量构效关系QSAR
■有限元FEM仿真：结构仿真（接触分析、非线性分析、振动/疲劳/传热/裂纹/碰撞分析）；电磁仿真（电场、磁场、电磁耦合、磁热耦合、射频微波）；流体仿真（多相流体、组分运输、流体传动、相变）；光学/声学仿真相关
