【摘要】 由于其适度的带隙、高的光化学稳定性和有利于水氧化的带边位置，BiVO4被认为是最有前途的光阳极金属氧化物之一。

由于其适度的带隙、高的光化学稳定性和有利于水氧化的带边位置，BiVO4被认为是最有前途的光阳极金属氧化物之一。然而，报道的BiVO4光阳极的太阳能制氢效率仍然显著低于理论预测值。主要的性能瓶颈是由于极低的载流子迁移率(~ 10−2 cm2 V−1 s−1)导致光激发电子-空穴对分离不良，这导致了显著的载流子复合损失。在一定程度上，光激发载流子的长寿命(约50 ns)补偿了其低迁移率；然而，确定增加迁移率的可能途径将显著提高BiVO4光阳极的效率。

K.T.Butler等人[1]利用时间分辨太赫兹光谱和第一性原理声子谱计算，探索了BiVO4光阳极材料中超快载流子动力学和光激发载流子与晶格振动模式的相互作用。我们发现光激发空穴通过引入晶格畸变来改变声子谱，抑制与Bi和VO4分子单元相反运动相关的Ag声子模式，从而形成束缚极化子态。当激发通量高于1 mJ cm−2(或每脉冲2 × 1015 cm−2)时，由于自定域空穴引起的晶格畸变改变了晶格对称性和振动谱，导致银声子对太赫兹吸收的漂白。同时，我们观察到一个短寿命的自由载流子种群，其电导率为200 cm2 V−1 s−1数量级，比BiVO4中的典型载流子迁移率高几个数量级。在莫特跃迁的框架下解释了异常高的载流子迁移率。这一增强输运的演示表明，工程BiVO4光阳极如何利用高激励条件下的自由载流子输运，可能在未来显著提高光电化学器件的性能。

[1] K. T. Butler, B. J. Dringoli, L. Zhou, et al. Ultrafast carrier dynamics in BiVO4 thin film photoanode material: interplay between free carriers, trapped carriers and low-frequency lattice vibrations[J]. Journal of Materials Chemistry A, 2016, 4: 18516-18523.

 

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