利用太阳能实现高效光电催化分解水制氢，已经成为解决当今所面临的能源和环境问题最理想的技术途径之一。光电化学反应过程涉及光吸收、电荷分离和表面反应性等关键问题。在不同的光电体系中，金属氧化物阵列因其合适的带隙能量、良好的带边位置和较低的成本被认为是光电分解水的候选材料。通过结构调制、缺陷构建和异质结构工程优化其光电效率和稳定性。通过负载合适的析氧助催化剂(OECs)进行表面改性，被认为是优化BiVO₄光阳极PEC活性的可行方法。通常，OECs可以钝化表面缺陷，加速表面水氧化的反应动力学，从而促进PEC系统中的电荷分离与传输。迄今为止，金属氧化物和金属氢氧化物通常被作为BiVO₄光阳极的OECs，通过抑制表面电荷的复合来提高PEC活性。然而，OECs与光阳极之间的界面相互作用对BiVO₄上光生电荷分离和传输的影响一直被忽视。因此，为了增强PEC水分解性能，设计稳定的OECs/BiVO₄光阳极至关重要。

为了精确地调控电荷传输，在光电系统中构筑电荷转移层被认为是一种很有前景的策略。通常，电荷传输层能够促进光生电荷从光阳极到OEC的高效转移，延长光阳极表面的空穴捕获寿命。大连理工大学精细化工国家重点实验室侯军刚教授团队在BiVO₄半导体阵列表面构筑MoO_x/MXenes空穴传输层，并沉积超薄析氧助催化剂，实现了BiVO₄ 光阳极光电特性的显著提升，并阐述了其在光电析氧反应过程中的作用机制，为构建高效、稳定的光电催化体系提供了新的实验和理论支持。

侯军刚教授团队在期刊Angewandte Chemie International Edition上发表题为”Engineering MoO_x/MXene Hole Transfer Layers for Unexpected Boosting Photoelectrochemical Water Oxidation” 的研究文章(Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202200946)。将零维MXene量子点(MQD)或二维MXene纳米片(MN)组装在BiVO₄阵列上，在MXene基础上组装了MoO_x层，然后将超薄羟基氧化物作为析氧助催化剂(OEC)组装在MoO_x/MXene/BiVO₄阵列上，构筑了集成OEC/MoO_x/MQD/BiVO₄光电极。相比较，所制备的OEC/MoO_x/MQD/BiVO₄光阳极，不仅在1.23V vs. RHE下实现了5.85mA cm^-2的电流密度，而且显著提高了光稳定性。通过电化学分析和密度泛函理论计算，光电水氧化活性的显著提高归因于MoO_x/MQD空穴转移层，其延缓光生电荷复合，促进空穴转移和加速水分解动力学，实现了BiVO₄光阳极高效的光电分解水活性和稳定性。该工作通过在光阳极表面构建高效、稳定的空穴传输层和助催化剂，实现了光电活性的显著提升，并且阐述了其在光电析氧反应过程中的作用机制，为光电极的开发和应用提供了新思路和策略。

论文第一作者为大连理工大学宋雨柔、张肖萌和张艳雪，通讯作者为侯军刚教授。

文章链接https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202200946.