WO3納米材料光解水制氫

WO₃納米材料具有無毒、無害、容易製備、性能穩定、價格低廉以及優良的可見光回應等優點，是一種較為理想的光電化學反應體系光陽極半導體材料，在光電化學領域（光解水，光降解有機污染物及太陽能電池）得到了廣泛的應用。

1972年，Fujishima和Honda首次報導在光照條件下，採用TiO₂半導體電極所組成的光電化學池將水分解為氫氣和氧氣，繼此許多科研工作者對其他氧化物半導體在光解水制氫方面進行了大量的研究工作。

在標準狀態下若要把1mol H₂O分解為氫氣和氧氣需要273kJ的能量，即至少需2.46eV的能量才可將水分子分解為氫氣和氧氣。通常的電解水反應所需的理論電壓相對於標準氫電極電勢為1.23V，因此如果採用半導體材料對水進行光催化分解反應，理論上材料的禁帶寬度必須大於1.23eV. 在實際的電解水反應過程中，由於過電位的存在及電極極化等其他因素造成的能量損失，最適合的半導體禁帶寬度為2.0~2.2eV. 由於存在較高的過電位，光解水反應的氧化半反應相對更難發生，阻礙了反應析氧反應的進行，從而制約著光解水效率的提高。

根據材料結構的不同，WO₃的禁帶寬度為2.5~2.8eV，是一種良好的光解水催化材料。研究發現，在pH=0的條件下，WO₃導帶底部的電極電勢為+0.4V，高於水分解還原半反應的電極電勢，因而不能用於析氧反應，但由於其價帶空穴具有很強的氧化能力，可用於光催化分解水產氧。

1976年以色列科學家Hobes首次將WO₃用於光解水制氫體系，此後眾多的科研工作者對進行了廣泛的研究與應用。相對於TiO₂光催化劑，目前WO₃的光轉化效率較低。但WO₃具有先天的優勢，如禁帶寬度低，無需進行修飾或敏化即具有良好的可見光回應，從而能利用到更多的太陽光。此外，在實際光催化分解水反應體系中，WO₃在長時間光照下能夠保持優良的抗光腐蝕性和光生電子傳輸性能，因此是一種理想的光分解水催化劑。

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