En ny studie ledd av prof. Tianyou Peng (College of Chemistry and Molecular Sciences, Wuhan University) och docent Peng Zeng (School of Food and Pharmaceutical Engineering, Zhaoqing University) beskriver hur en ny nanostrukturerad WO3 -baserad fotoanod framställdes hydrotermiskt vid 160°C följt av 500°C kalcinering.
Dessutom påverkas mekanismen för hydrazinhydrat och In 3+ -dopning på mikrostrukturen, fotoelektrokemiskt beteende, elektronisk bandstruktur och arbetsfunktion hos WO3 fotoanod studerades.
Arbetet publiceras i tidskriften Science China Chemistry .
Experimentresultaten visar att fotoströmdensiteten och stabiliteten hos den nanostrukturerade WO3 fotoanoder är nära besläktade med dess mikrostruktur, morfologi och elektroniska bandstruktur, varvid införandet av hydrazinhydrat som texturregulator i den hydrotermiska reaktionslösningen leder till bildandet av lager WO3 film staplad av (020) facettexponerade nanoark med ~300 nm längd (längs [200] riktning) och ~150 nm bredd (längs [002] riktning).
Detta ökar den specifika ytarean och de reaktiva ställena för att främja laddningsöverföringen och -separationen; I 3+ -doping optimerar den elektroniska bandstrukturen för WO3 , vilket resulterar i negativt förskjuten plattbandspotential och minskad arbetsfunktion för att öka drivkraften hos OER.
Jämfört med In 3+ joner, har introduktionen av hydrazinhydrat mer signifikanta förbättringseffekter på fotoströmdensiteten, applicerad bias foton-till-ström effektivitet (ABPE), infallande foton-till-ström omvandlingseffektivitet (IPCE), fotoelektrokemisk hållbarhet och Faraday effektivitet för O2 evolution.
Under den synergistiska effekten av modifiering av hydrazinhydrat och In 3+ -doping, OER-prestanda för In 3+ -WO3 (N2 H4 ) fotoanoden förbättrades avsevärt.
Under förhållanden med AM1.5G simulerad solljusbelysning, Na2 SO4 lösning och 1,23 V vs. RHE, In 3+ -WO3 (N2 H4 ) fotoanod konstruerad under de optimerade förhållandena uppvisade en IPCE på 38,6 % (vid 410 nm) och en fotoströmdensitet på 1,93 mA cm -2 , vilket är 2,8 och 3,0 gånger det för den rena WO3 fotoanod, respektive.
Denna OER-prestanda för In 3+ -WO3 (N2 H4 ) är jämförbar med eller till och med bättre än de flesta rapporterade WO3 -baserade fotoanoder, som indikerar dess praktiska användningspotential vid PEC-vattenspjälkning. Denna forskning ger en lovande strategi för att förbättra PEC OER-prestanda för nanostrukturerad WO3 fotoanoder genom att ändra deras mikrostruktur och introducera heteroatomer.
Mer information: Peng Zeng et al, arkitekturmodifiering och In3+-dopning av WO3-fotoanoder för att öka den fotoelektrokemiska vattenoxidationsprestandan, Science China Chemistry (2023). DOI:10.1007/s11426-023-1691-1
Tillhandahålls av Science China Press
