光催化水分解過程作為解決能源和環境問題的一種方法，對科學家具有吸引力。在這個過程中，利用光能和催化劑將水分解成氧和氫。隨著全球變暖問題的加劇，研究人員將氫作為一種清潔燃燒燃料，作為一種可再生能源解決方案。由于水是一種如此廉價的資源，在過去幾十年中，人們為這一有前途的研究領域付出了巨大的努力。但科學家們只能發現一些既高效又穩定的光催化劑。因此，光催化水分解技術在實際應用之前還有很長的路要走。

中國西安交通大學的一個研究團隊使用一種稱為釩酸鉍（BiVO4）晶體的無機化合物作為光催化劑來實現高效的光催化分解水，取得了有希望的結果。他們的工作表明了BiVO4的表面性質與所獲得的光催化活性之間的密切關系。該團隊的發現發表在《納米研究》雜志上。

為了使水分解過程有效，電子-空穴對的分離及其在表面上發生的水氧化或水還原反應的消耗至關重要。電子空穴是負責在半導體材料中產生電流的電荷載體。電荷載體是指在材料中自由移動并攜帶電荷的粒子。

近年來，科學家通過在光催化劑上暴露特定的面作為富集的反應位點，取得了優異的性能。研究人員發現，二氧化鈦和鈦酸鍶由于其暴露的小平面，具有優異的性能。這一知識為科學家提供了線索，即通過調節具有不同功能的光催化劑的表面，可以實現高效的光催化過程。

在進一步的研究中，科學家們報道了具有暴露小面的BiVO4納米片在水氧化方面表現出優異的性能。研究表明，如果擴大BiVO4晶面，可以獲得優異的水氧化光催化活性。

西安交通大學研究團隊將注意力集中在BiVO4作為模型光催化劑上。他們研究了表面電荷載流子消耗對水分解反應的關鍵作用。該團隊制作了BiVO4單晶，具有針對還原位點和氧化位點的定制刻面比例。他們用一種簡單的可控水熱法合成了BiVO4晶體。通過這一過程，他們證明了高效的光催化水氧化可以通過基于還原位點和氧化位點的中等比例的平衡表面電荷載流子消耗來實現。

單獨使用BiVO4作為水氧化的典型光催化劑不能實現整體水分解。因此，研究人員繼續他們的研究，構建了一個Z方案系統，將兩種不同的光催化劑組合在一起。使用含適當助催化劑的BiVO4，團隊實現了高效穩定的光催化整體水分解。

西安交通大學可再生能源國際研究中心教授申少華表示：“從氧化還原位點比例中等的BiVO4十面體中獲得了優異的光催化水氧化性能，這歸因于實現了表面電荷載體的平衡消耗。”。“此外，通過采用合成的BiVO4十面體和適當的助催化劑改性，可以實現高效穩定的光催化整體水分解，”沈說。

“展望未來，這項工作既為具有可控表面形態的納米/微米材料的制備提供了指導，也為相應的光催化氧化還原反應提供了深入的研究，”沈說。