光电催化(PEC)氧化降解废水中有机污染物是一种有前景的方法，近年来受到广泛关注。人们已经采用各种方法，包括形貌修饰和催化剂负载，来提高基于TiO2光电极的PEC降解性能。但是，PEC降解体系的性能仍然受到电子-空穴重组和缓慢的表面反应动力学的严重限制。构建特定的纳米结构和形态修饰可以显著有效地提高电荷分离。
除了这些策略外，用高活性催化剂修饰光电极表面已被证明是开发高效PEC系统的可行和有效策略。在光电极上修饰的催化剂可以从以下方面促进PEC活性的提高：作为活性位点大大加速表面反应，为光生电荷提供捕获位点以提高电荷注入效率，以及通过与原始半导体形成结或界面来提高电荷分离效率。因此，为了合理设计高效的光电极，深入理解助催化剂在PEC降解反应过程中的作用至关重要。
近日，兰州大学李灿和李泽龙等报道了一种由NiO助催化剂修饰的纳米锥形TiO2光电极(NiO-TiO2)，并且该电极表现出高效的电荷分离和快速的表面反应动力学。以4-氯酚(4-CP)作为模型污染物，NiO-TiO2光电极在300 W氙灯照射和1.0 VRHE下的光电流密度为1.23 mV cm-2。
此外，在光照射和2.22 VRHE下连续反应180分钟后，PEC降解效率(DE)为99.6%，矿化效率(ME)为69.8%。NiO-TiO2在PEC降解条件下重复循环五次过程中的DE和ME未显示出的明显下降。五次循环后，NiO-TiO2电极的形貌和结构基本保持不变，显示出良好的耐久性。
动力学实验和EIS测试结果表明，反应过程中光生空穴分离并迁移到光电极表面，然后，空穴可以与吸附的水分子反应产生•OH物种，该过程具有较高的能垒。在TiO2上负载NiO助催化剂后，促进了水的解离，加快了反应的整体动力学过程，改善了TiO2基光阳极的降解性能。这项工作表明，用助催化剂修饰半导体光电极不仅可以提高表面反应动力学，还可以促进电荷转移动力学，从而提高污染物降解反应中的PEC活性。
Boosting the photoelectrocatalytic degradation kinetics of phenolic compounds on a TiO2 photoanode by loading the NiO cocatalyst. ACS Catalysis, 2025. DOI: 10.1021/acscatal.5c00638