这篇文档属于类型a，即报告了一项原创性研究。以下是针对该研究的学术报告：

一、研究团队与发表信息
本研究由Songcan Wang、Tianwei He、Peng Chen、Aijun Du、Kostya (Ken) Ostrikov、Wei Huang和Lianzhou Wang*共同完成，作者团队分别来自中国西北工业大学（Northwestern Polytechnical University）柔性电子研究院、澳大利亚昆士兰大学（The University of Queensland）纳米材料中心，以及昆士兰科技大学（Queensland University of Technology）化学与物理学院。研究于2020年5月14日发表在《Advanced Materials》（期刊号：Adv. Mater. 2020, 32, 2001385），标题为“In Situ Formation of Oxygen Vacancies Achieving Near-Complete Charge Separation in Planar BiVO4 Photoanodes”。

二、学术背景与研究目标
研究领域为光电化学（photoelectrochemical, PEC）水分解，旨在解决BiVO4光阳极材料在太阳能制氢应用中的核心问题。BiVO4虽具有2.4 eV的合适带隙和良好的水溶液稳定性，但其载流子迁移率低（0.044 cm² V⁻¹ s⁻¹）且空穴扩散长度短（70 nm），导致体相电荷复合严重，光电流密度不足。传统策略（如纳米结构设计或外源掺杂）虽能提升电荷分离效率（ηsep），但存在光散射强（纳米结构）或引入新复合中心（掺杂）的局限性。本研究提出通过原位形成氧空位（oxygen vacancies, OVs）的硫氧化策略，制备平面BiVO4光阳极，以实现接近完全的电荷分离（ηsep=98.2%），并探索其在串联系统中的应用潜力。

三、研究流程与方法
1. 材料制备与优化
- 前驱体薄膜合成：通过旋涂法（spin-coating）制备Bi₂S₃前驱体薄膜（BP-xM，x为Bi³⁺浓度），200℃空气中热处理10分钟。
- 一步煅烧法：将BP-xM直接与乙酰丙酮氧钒（VO(C₅H₇O₂)₂）反应，500℃煅烧生成BiVO4薄膜（one-step-BVO），NaOH溶液去除过量V₂O₅。
- 两步煅烧法：BP-0.6M先在空气中400-600℃煅烧生成非化学计量Bi₂O₂.₃中间体（BO-y），再通过相同钒源转化生成BiVO4（two-step-BVO-y）。扫描电镜（SEM）和X射线衍射（XRD）证实薄膜形貌与晶面取向（优先暴露{011}和{121}氧化晶面）。

1. 性能表征与优化

   • 光电化学测试：在1 M硼酸盐缓冲液（含0.2 M Na₂SO₃）中，以Pt和Ag/AgCl为对电极和参比电极，测试光电流密度（AM 1.5G光照）。两步煅烧的two-step-BVO-500在1.23 V vs. RHE下光电流密度达6.01 mA cm⁻²，较一步法提升1.24倍。
     
   • 催化剂修饰：通过光辅助线性扫描伏安法（LSV）在BiVO4表面沉积NiFeOx析氧助催化剂（OEC），优化后光电流密度提升至5.54 mA cm⁻²（1.23 V vs. RHE），电荷转移效率（ηtrans）达92.2%。双光阳极配置进一步将光电流密度提高至6.24 mA cm⁻²，偏压光子-电流效率（ABPE）达2.76%。
     

2. 机理分析

   • 氧空位表征：X射线光电子能谱（XPS）显示two-step-BVO的氧空位比例（19.3%）高于one-step-BVO（16.8%）；电子顺磁共振（EPR）证实体相V⁴⁺信号增强，表明氧空位贯穿整个薄膜。
     
   • 理论计算：密度泛函理论（DFT）表明氧空位在BiVO4中形成带间态，降低OER过电位（460 mV），并通过捕获光生空穴提升多数载流子密度。
     

四、主要结果与逻辑链条
1. 硫氧化策略的关键作用：两步煅烧中硫氧化生成的非化学计量Bi₂O₂.₃中间体，为后续BiVO4中氧空位的原位形成提供了基础。对比无硫前驱体制备的BiVO4（ηsep仅11.4%），硫氧化显著提升了氧空位浓度。
2. 电荷分离效率突破：two-step-BVO的ηsep达98.2%，归因于氧空位增加载流子密度和光电压（开路电位提升160 mV），时间分辨荧光（TRPL）显示平均载流子寿命延长至11.22 ns（one-step-BVO为6.34 ns）。
3. 协同催化机制：NiFeOx OEC加速表面反应动力学，抑制费米能级钉扎效应，使ηtrans从29.1%提升至92.2%。

五、结论与价值
本研究通过硫氧化策略实现了平面BiVO4光阳极中氧空位的原位调控，解决了传统方法难以兼顾高透光率与高电荷分离效率的难题。科学价值在于揭示了氧空位在体相电荷分离中的关键作用，并提出了一种普适性的缺陷工程策略；应用价值体现在其制备的透明光阳极适用于串联系统，为无偏压PEC水分解提供了新思路。

六、研究亮点
1. 创新方法：首次开发硫氧化两步煅烧法，实现氧空位在平面薄膜中的均匀分布。
2. 性能突破：ηsep（98.2%）和ABPE（2.76%）均为已报道BiVO4光阳极的最高值之一。
3. 机理深度：结合实验与DFT计算，阐明氧空位降低OER过电位的原子级机制。

七、其他价值
研究还展示了双光阳极配置的可行性，为设计高效叠层太阳能燃料器件提供了参考。长期稳定性测试（95小时光照无衰减）和法拉第效率（94.6%）进一步验证了材料的实用性。

（注：报告严格遵循术语翻译规范，如“charge separation efficiency”首次出现时标注“电荷分离效率（ηsep）”；作者与期刊名保留原文；实验细节与数据均源自原文。）