Ny nanostruktureret fotoanode hydrotermisk fremstillet ved 160°C, efterfulgt af 500°C kalcinering

En ny undersøgelse ledet af prof. Tianyou Peng (College of Chemistry and Molecular Sciences, Wuhan University) og Associate Prof. Peng Zeng (School of Food and Pharmaceutical Engineering, Zhaoqing University) beskriver, hvordan en ny nanostruktureret WO₃ -baseret fotoanode blev hydrotermisk fremstillet ved 160°C efterfulgt af 500°C kalcinering.

Derudover påvirkningsmekanismen for hydrazinhydrat og In ³⁺ -doping på mikrostrukturen, fotoelektrokemisk adfærd, elektronisk båndstruktur og arbejdsfunktion af WO₃ fotoanode blev undersøgt.

Værket er publiceret i tidsskriftet Science China Chemistry .

Eksperimentresultaterne viser, at fotostrømtætheden og stabiliteten af ​​den nanostrukturerede WO₃ fotoanoder er tæt beslægtet med dens mikrostruktur, morfologi og elektroniske båndstruktur, hvorved introduktionen af ​​hydrazinhydrat som teksturregulator i den hydrotermiske reaktionsopløsning fører til dannelsen lagdelt WO₃ film stablet af (020) faceteksponerede nanoark med ~300 nm længde (langs [200] retningen) og ~150 nm bredde (langs [002] retningen).

Dette øger det specifikke overfladeareal og de reaktive steder for at fremme ladningsoverførslen og adskillelsen; I ³⁺ -doping optimerer den elektroniske båndstruktur i WO₃ , hvilket resulterer i negativt forskudt fladbåndspotentiale og reduceret arbejdsfunktion for at øge drivkraften i OER.

Sammenlignet med In ³⁺ ioner, har introduktionen af ​​hydrazinhydrat mere signifikante forbedringseffekter på fotostrømtætheden, anvendt bias foton-til-strøm effektivitet (ABPE), indfaldende foton-til-strøm konvertering effektivitet (IPCE), fotoelektrokemisk holdbarhed og Faraday effektivitet for O₂ evolution.

Under den synergistiske effekt af hydrazinhydratmodifikation og In ³⁺ -doping, OER-ydelsen for In ³⁺ -WO₃ (N₂ H₄ ) fotoanode blev væsentligt forbedret.

Under forhold med AM1.5G simuleret sollysbelysning, Na₂ SO₄ løsning og 1,23 V vs. RHE, In ³⁺ -WO₃ (N₂ H₄ ) fotoanode konstrueret under de optimerede forhold udviste en IPCE på 38,6 % (ved 410 nm) og en fotostrømtæthed på 1,93 mA cm ^-2 , som er 2,8 og 3,0 gange den rene WO₃ fotoanode, henholdsvis.

Denne OER-ydelse af In ³⁺ -WO₃ (N₂ H₄ ) er sammenlignelig med eller endda bedre end de fleste rapporterede WO₃ -baserede fotoanoder, der indikerer dets praktiske anvendelsespotentiale i PEC-vandspaltning. Denne forskning giver en lovende strategi til at forbedre PEC OER-ydelsen af ​​nanostruktureret WO₃ fotoanoder ved at ændre deres mikrostruktur og indføre heteroatomer.

Flere oplysninger: Peng Zeng et al., arkitekturmodifikation og In3+-doping af WO3-fotoanoder for at øge den fotoelektrokemiske vandoxidationsydelse, Science China Chemistry (2023). DOI:10.1007/s11426-023-1691-1

Leveret af Science China Press