仲钨酸铵制备用于PEC水分解的三氧化钨-二氧化钛纳米管

全球能源需求，主要基于不可持续的化石燃料，在过去几十年中大幅增长。此外，温室气体的排放造成了环境污染和全球变暖。氢能已成为减轻化石燃料对环境产生的负面影响（例如气候变化和空气污染）的最有希望的选择之一。氢的主要优点是它可以通过可再生能源和水产生，而不会向环境排放任何类型的污染物。最有前途和最新颖的制氢方法之一是利用太阳能进行光电化学（PEC）水分解。

二氧化钛（TiO2）由于其优异的性能，如耐腐蚀和光腐蚀、在酸性和碱性环境中的高光化学稳定性、零毒性和低成本，是最令人鼓舞和广泛研究的光阳极。三氧化钨 (WO3) 与 TiO2 一样，是一种带隙值约为 2.6 eV 的 n 型半导体，这表明吸收了大约 12% 的太阳光谱和高达 500 nm 的可见光谱吸收.

因此，湿浸渍法用于将 TiO2 与 WO3 偶联，以克服 PEC 水分解应用中可见光响应差和电荷载流子复合损失等缺点。使用仲钨酸铵制备了用于 PEC 水分解的 三氧化钨-二氧化钛（WO3-TiO2）纳米管，获得的最大光电流为 2.1 mA/cm2，光转换效率为 5.1%。 WO3-TiO2纳米管的合成过程如下：

本研究中使用了 0.127 毫米厚的钛 (Ti) 箔（纯度为 99.6%）。将钛箔切成所需的尺寸（50 mm × 10 mm），然后放入含有 5 wt% 氟化铵 (NH4F) 和 5 wt% 过氧化氢 (H2O2) 的乙二醇中。在阳极氧化过程中，每隔 10 分钟将少量 H2O2（≈0.5 mL）连续添加到电解液中。选择这种组合物是因为它有利于形成排列良好的 TiO2 纳米管阵列。使用吉时利直流电源在 60 V 的恒定电位和 10 mA/cm2 的电流密度下进行阳极氧化处理 1 小时，Ti 箔作为阳极，铂棒作为阴极。在阳极氧化过程中，在电解液中吹气泡以保持钛电极附近的均匀电流。阳极氧化的钛箔用蒸馏水洗涤，然后在氮气 (N2) 流中干燥。 WO3-TiO2 纳米管是通过使用仲钨酸铵 (APT) 作为前驱体的湿法浸渍制备的。将阳极氧化的 TiO2 纳米管箔浸入具有不同摩尔浓度（即 0.1、0.3、0.5、1 和 5 mM）的 APT 水溶液中 1 小时。样品用去离子水冲洗，然后用 N2 气流干燥。随后，样品在氩气气氛中在 400°C 下热退火 4 小时，这将 APT 分解成三氧化钨 (WO3)。

总之，使用仲钨酸铵制备了用于 PEC 水分解的 WO3-TiO2 纳米管，获得的最大光电流为 2.1 mA/cm2，光转换效率为 5.1%。 WO3-TiO2 纳米管浸入 0.3 mM APT 水溶液后，在可见光下表现出更好的光电化学分解水性能。在这种情况下，最佳的 WO3 含量充当电子受体，这有利于光生电荷载流子的有效分离。

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