三氧化鎢之提高PEC水分解性能的策略

隨著全球能源需求的增加，氫燃料可以在未來的可持續能源系統中發揮關鍵作用。此外，迫切需要一種環境友好的能源來替代當前的化石燃料能源系統。在可用的能源中，與傳統的化石燃料相比，氫具有非常高的能量密度，因此成為化石燃料的理想替代品之一。

應用光電化學（PEC）電池驅動水分解成 O2 和 H2，為實現太陽能的存儲和轉換提供了一種可行的方法。因此，光電化學（PEC）水分解因其可再生和可持續的生產氫氣和氧氣的途徑而成為必不可少且快速發展的研究領域之一。

在理想的PEC電池中，需要將n型半導體和p型半導體分別串聯作為陽極和陰極，以實現可見光驅動下的水分解。三氧化鎢 (WO3, Eg ≈ 2.7eV) 是一種 n 型半導體，由於其優異的光敏性、強氧化能力和耐腐蝕性，已應用於 PEC 水分解。然而，WO3 也存在光催化效率低的問題。在這裡，我們提供了一些提高三氧化鎢的 PEC 水分解性能的常用策略。

1）控制三氧化鎢的形態

通常，具有納米線、納米薄片和介孔形態的半導體有利於光生空穴從本體轉移到表面。

2) 引入缺陷

材料中的缺陷可以作為催化應用中的活性位點。據報導，物理缺陷（如微孔或裂紋）和化學缺陷（如氧空位）對 WO3 的 PEC 水分解性能的影響。結果表明，薄膜內部的物理缺陷增加了電荷轉移的阻力並導致更高的複合率，從而抑制了光電流的產生。化學缺陷導致膜表面 OH 基團的吸附增加並提高 PEC 效率。

3）構建異質結

構建異質結是提高光生電荷分離效率或有時提高光吸收效率的有效方法。在此，綜述了 WO3 與另一種半導體的組合作為 PEC 水氧化的光電陽極。二氧化鈦（TiO2）是一種廣泛使用的光催化劑。它具有穩定和低成本的優點。據報導，將 TiO2 與 WO3 偶聯形成 WO3/TiO2 異質結光陽極可提高 PEC 水分解性能。具有異質結結構的 WO3 的其他示例包括 WO3/BiVO4 異質結、WO3/Fe2O3 異質結、WO3/碳量子點 (CQD) 異質結。 WO3/Sb2S3 異質結 WO3/CuO 異質結、WO3/ZnWO4 異質結、WO3/CuWO4 異質結、WO3/Cr2O3 異質結、WO3/導電聚合物異質結和 rGO-WO3 複合材料。已證明可有效增強 PEC 水氧化。

4) 加載助催化劑

非均相和均相助催化劑已被廣泛研究用於光催化和光電催化水分解過程。

總之，三氧化鎢（WO3，Eg≈2.7eV）是一種n型半導體，已應用於PEC水分解，但存在光電催化效率低的缺點。上文已經提供了一些供三氧化鎢提高PEC 水分解性能的策略。

• < 前一頁
• 下一個 >