利用光电催化技术，在光阳极氧化降解有机污染物，同时在对电极产氢，是实现废水处理与清洁能源生产协同的理想途径。设计高效的光阳极是关键。BiVO₄和ZnIn₂S₄都是性能优良的可见光响应半导体，且二者的能带结构匹配，适合构建Z型异质结。还原氧化石墨烯具有优异的导电性和二维结构，可以作为固态电子介质桥接两种半导体，促进界面电荷传输。本研究通过旋涂、水热和电泳沉积法，在FTO导电玻璃上依次构建了BiVO₄底层、rGO中间层和ZnIn₂S₄顶层，形成了ZIS/BVO/rGO三元光阳极。在这一设计中，rGO作为电子高速公路，同时接受来自ZnIn₂S₄和BiVO₄导带的光生电子，并将这些电子快速导出至外电路，极大促进了光生电子-空穴对的空间分离。

  在Z型电荷转移路径下，BiVO₄导带上还原能力较弱的电子和ZnIn₂S₄导带上还原能力较弱的电子，都通过rGO被导出至外电路，传递至对电极用于高效产氢。而BiVO₄价带上的强氧化性空穴和ZnIn₂S₄价带上的强氧化性空穴则被保留在光阳极表面，高效地氧化降解水中的有机污染物双酚A。在AM 1.5G模拟太阳光和1.23V vs. RHE偏压下，该三元光阳极的双酚A降解速率和产氢速率分别是纯BiVO₄的7.2倍和6.5倍，展现了卓越的协同性能。

  自由基捕获实验证实，光阳极表面的空穴是氧化双酚A的主要活性物种。在长达10小时的连续运行测试中，光阳极的光电流和降解/产氢性能保持稳定，展现了优异的稳定性。该研究通过引入rGO作为导电骨架和电子传输桥，成功构建了双Z型异质结光阳极，实现了“氧化去污”与“还原产氢”两个半反应在同一器件中的高效协同，为可持续的废水处理与能源回收一体化系统提供了先进的电极材料范例。

标签: