仲鎢酸銨製備用於PEC水分解的三氧化鎢-二氧化鈦納米管

全球能源需求，主要基於不可持續的化石燃料，在過去幾十年中大幅增長。此外，溫室氣體的排放造成了環境污染和全球變暖。氫能已成為減輕化石燃料對環境產生的負面影響（例如氣候變化和空氣污染）的最有希望的選擇之一。氫的主要優點是它可以通過可再生能源和水產生，而不會向環境排放任何類型的污染物。最有前途和最新穎的製氫方法之一是利用太陽能進行光電化學（PEC）水分解。

二氧化鈦（TiO2）由於其優異的性能，如耐腐蝕和光腐蝕、在酸性和鹼性環境中的高光化學穩定性、零毒性和低成本，是最令人鼓舞和廣泛研究的光陽極。三氧化鎢 (WO3) 與 TiO2 一樣，是一種帶隙值約為 2.6 eV 的 n 型半導體，這表明吸收了大約 12% 的太陽光譜和高達 500 nm 的可見光譜吸收.

因此，濕浸漬法用於將 TiO2 與 WO3 偶聯，以克服 PEC 水分解應用中可見光響應差和電荷載流子復合損失等缺點。使用仲鎢酸銨製備了用於 PEC 水分解的 三氧化鎢-二氧化鈦（WO3-TiO2）納米管，獲得的最大光電流為 2.1 mA/cm2，光轉換效率為 5.1%。 WO3-TiO2納米管的合成過程如下：

本研究中使用了 0.127 毫米厚的鈦 (Ti) 箔（純度為 99.6%）。將鈦箔切成所需的尺寸（50 mm × 10 mm），然後放入含有 5 wt% 氟化銨 (NH4F) 和 5 wt% 過氧化氫 (H2O2) 的乙二醇中。在陽極氧化過程中，每隔 10 分鐘將少量 H2O2（≈0.5 mL）連續添加到電解液中。選擇這種組合物是因為它有利於形成排列良好的 TiO2 納米管陣列。使用吉時利直流電源在 60 V 的恆定電位和 10 mA/cm2 的電流密度下進行陽極氧化處理 1 小時，Ti 箔作為陽極，鉑棒作為陰極。在陽極氧化過程中，在電解液中吹氣泡以保持鈦電極附近的均勻電流。陽極氧化的鈦箔用蒸餾水洗滌，然後在氮氣 (N2) 流中乾燥。 WO3-TiO2 納米管是通過使用仲鎢酸銨 (APT) 作為前驅體的濕法浸漬製備的。將陽極氧化的 TiO2 納米管箔浸入具有不同摩爾濃度（即 0.1、0.3、0.5、1 和 5 mM）的 APT 水溶液中 1 小時。樣品用去離子水沖洗，然後用 N2 氣流乾燥。隨後，樣品在氬氣氣氛中在 400°C 下熱退火 4 小時，這將 APT 分解成三氧化鎢 (WO3)。

總之，使用仲鎢酸銨製備了用於 PEC 水分解的 WO3-TiO2 納米管，獲得的最大光電流為 2.1 mA/cm2，光轉換效率為 5.1%。 WO3-TiO2 納米管浸入 0.3 mM APT 水溶液後，在可見光下表現出更好的光電化學分解水性能。在這種情況下，最佳的 WO3 含量充當電子受體，這有利於光生電荷載流子的有效分離。

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