Eine neue Studie unter der Leitung von Prof. Tianyou Peng (College of Chemistry and Molecular Sciences, Wuhan University) und Associate Prof. Peng Zeng (School of Food and Pharmaceutical Engineering, Zhaoqing University) beschreibt, wie eine neuartige nanostrukturierte Photoanode auf WO3-Basis hydrothermal hergestellt wurde 160°C, gefolgt von einer Kalzinierung bei 500°C.
Darüber hinaus wurde der Einflussmechanismus von Hydrazinhydrat und In3+-Dotierung auf die Mikrostruktur, das photoelektrochemische Verhalten, die elektronische Bandstruktur und die Austrittsarbeit der WO3-Photoanode untersucht.
Die Arbeit ist veröffentlicht im Tagebuch Wissenschaft China Chemie.
Die Versuchsergebnisse zeigen, dass die Photostromdichte und Stabilität der nanostrukturierten WO3-Photoanode eng mit ihrer Mikrostruktur, Morphologie und elektronischen Bandstruktur zusammenhängt, wobei die Einführung von Hydrazinhydrat als Texturregler in die hydrothermale Reaktionslösung zur Bildung eines geschichteten WO3-Films führt durch (020)-facettenexponierte Nanoblätter mit einer Länge von ~300 nm (entlang der). [200] Richtung) und ~150 nm Breite (entlang der [002] Richtung).
Dadurch werden die spezifische Oberfläche und die reaktiven Stellen vergrößert, um die Ladungsübertragung und -trennung zu fördern. In3+-Dotierung optimiert die elektronische Bandstruktur von WO3, was zu einem negativ verschobenen Flachbandpotential und einer verringerten Austrittsarbeit führt, um die treibende Kraft der OER zu verstärken.
Im Vergleich zu In3+-Ionen hat die Einführung von Hydrazinhydrat deutlichere Verbesserungseffekte auf die Photostromdichte, die Photonen-Strom-Effizienz (ABPE), die Umwandlungseffizienz einfallender Photonen in Strom (IPCE), die photoelektrochemische Haltbarkeit und die Faraday-Effizienz für die O2-Entwicklung.
Durch den synergistischen Effekt der Hydrazinhydrat-Modifikation und der In3+-Dotierung wurde die OER-Leistung der In3+-WO3(N2H4)-Photoanode deutlich verbessert.
Unter den Bedingungen einer AM1.5G-simulierten Sonnenlichtbeleuchtung, einer Na2SO4-Lösung und 1,23 V vs. RHE zeigte die unter den optimierten Bedingungen konstruierte In3+-WO3(N2H4)-Photoanode einen IPCE von 38,6 % (bei 410 nm) und eine Photostromdichte von 1,93 mA cm-2, was dem 2,8- bzw. 3,0-fachen der reinen WO3-Photoanode entspricht.
Diese OER-Leistung von In3+-WO3(N2H4) ist vergleichbar mit oder sogar besser als die der meisten berichteten WO3-basierten Photoanoden, was auf ihr praktisches Anwendungspotenzial bei der PEC-Wasserspaltung hinweist. Diese Forschung bietet eine vielversprechende Strategie zur Verbesserung der PEC-OER-Leistung nanostrukturierter WO3-Photoanoden durch Veränderung ihrer Mikrostruktur und Einführung von Heteroatomen.
Mehr Informationen:
Peng Zeng et al., Architekturmodifikation und In3+-Dotierung von WO3-Photoanoden zur Steigerung der photoelektrochemischen Wasseroxidationsleistung, Wissenschaft China Chemie (2023). DOI: 10.1007/s11426-023-1691-1