三氧化钨之提高PEC水分解性能的策略

随着全球能源需求的增加，氢燃料可以在未来的可持续能源系统中发挥关键作用。此外，迫切需要一种环境友好的能源来替代当前的化石燃料能源系统。在可用的能源中，与传统的化石燃料相比，氢具有非常高的能量密度，因此成为化石燃料的理想替代品之一。

应用光电化学（PEC）电池驱动水分解成 O2 和 H2，为实现太阳能的存储和转换提供了一种可行的方法。因此，光电化学（PEC）水分解因其可再生和可持续的生产氢气和氧气的途径而成为必不可少且快速发展的研究领域之一。

在理想的PEC电池中，需要将n型半导体和p型半导体分别串联作为阳极和阴极，以实现可见光驱动下的水分解。三氧化钨 (WO3, Eg ≈ 2.7eV) 是一种 n 型半导体，由于其优异的光敏性、强氧化能力和耐腐蚀性，已应用于 PEC 水分解。然而，WO3 也存在光催化效率低的问题。在这里，我们提供了一些提高三氧化钨的 PEC 水分解性能的常用策略。

1）控制三氧化钨的形态

通常，具有纳米线、纳米薄片和介孔形态的半导体有利于光生空穴从本体转移到表面。

2) 引入缺陷

材料中的缺陷可以作为催化应用中的活性位点。据报道，物理缺陷（如微孔或裂纹）和化学缺陷（如氧空位）对 WO3 的 PEC 水分解性能的影响。结果表明，薄膜内部的物理缺陷增加了电荷转移的阻力并导致更高的复合率，从而抑制了光电流的产生。化学缺陷导致膜表面 OH 基团的吸附增加并提高 PEC 效率。

3）构建异质结

构建异质结是提高光生电荷分离效率或有时提高光吸收效率的有效方法。在此，综述了 WO3 与另一种半导体的组合作为 PEC 水氧化的光电阳极。二氧化钛（TiO2）是一种广泛使用的光催化剂。它具有稳定和低成本的优点。据报道，将 TiO2 与 WO3 偶联形成 WO3/TiO2 异质结光阳极可提高 PEC 水分解性能。具有异质结结构的 WO3 的其他示例包括 WO3/BiVO4 异质结、WO3/Fe2O3 异质结、WO3/碳量子点 (CQD) 异质结。 WO3/Sb2S3 异质结 WO3/CuO 异质结、WO3/ZnWO4 异质结、WO3/CuWO4 异质结、WO3/Cr2O3 异质结、WO3/导电聚合物异质结和 rGO-WO3 复合材料。已证明可有效增强 PEC 水氧化。

4) 加载助催化剂

非均相和均相助催化剂已被广泛研究用于光催化和光电催化水分解过程。

总之，三氧化钨（WO3，Eg≈2.7eV）是一种n型半导体，已应用于PEC水分解，但存在光电催化效率低的缺点。上文已经提供了一些供三氧化钨提高PEC 水分解性能的策略。

• < 上页
• 下页 >