Een nieuwe studie onder leiding van prof. Tianyou Peng (College of Chemistry and Molecular Sciences, Wuhan University) en universitair hoofddocent Peng Zeng (School of Food and Pharmaceutical Engineering, Zhaoqing University) beschrijft hoe een nieuwe nanogestructureerde WO₃ -gebaseerde fotoanode werd hydrothermisch bereid bij 160°C gevolgd door calcinatie bij 500°C.

Daarnaast het invloedsmechanisme van hydrazinehydraat en In ³⁺ -doping op de microstructuur, foto-elektrochemisch gedrag, elektronische bandstructuur en werkfunctie van WO₃ fotoanode werd bestudeerd.

Het werk is gepubliceerd in het tijdschrift Science China Chemistry .

De experimentresultaten laten zien dat de fotostroomdichtheid en stabiliteit van de nanogestructureerde WO₃ fotoanode zijn nauw verwant aan de microstructuur, morfologie en elektronische bandstructuur, waarbij de introductie van hydrazinehydraat als textuurregulator in de hydrothermische reactieoplossing leidt tot de vorming van gelaagde WO₃ film gestapeld door (020) aan facetten blootgestelde nanosheets met een lengte van ~300 nm (in de [200]-richting) en ~150 nm breed (in de [002]-richting).

Dit vergroot het specifieke oppervlak en de reactieve plaatsen om de ladingsoverdracht en scheiding te bevorderen; Over ³⁺ -doping optimaliseert de elektronische bandstructuur van WO₃ , resulterend in een negatief verschoven vlakbandpotentieel en een verminderde werkfunctie om de drijvende kracht van OER te vergroten.

Vergeleken met In ³⁺ ionen heeft de introductie van hydrazinehydraat significantere verbeteringseffecten op de fotostroomdichtheid, toegepaste bias foton-stroomefficiëntie (ABPE), incident-photon-to-current conversie-efficiëntie (IPCE), foto-elektrochemische duurzaamheid en Faraday-efficiëntie voor O ₂ evolutie.

Onder het synergetische effect van hydrazinehydraatmodificatie en In ³⁺ -doping, de OER-prestaties van In ³⁺ -WO₃ (N₂ H₄ ) fotoanode is aanzienlijk verbeterd.

Onder omstandigheden van AM1.5G gesimuleerde zonlichtverlichting, Na₂ SO₄ oplossing en 1,23 V vs. RHE, de In ³⁺ -WO₃ (N₂ H₄ ) fotoanode gebouwd onder de geoptimaliseerde omstandigheden vertoonde een IPCE van 38,6% (bij 410 nm) en een fotostroomdichtheid van 1,93 mA cm ^-2 , die 2,8 en 3,0 keer zo groot zijn als die van de pure WO₃ fotoanode, respectievelijk.

Deze OER-uitvoering van In ³⁺ -WO₃ (N₂ H₄ ) is vergelijkbaar met of zelfs beter dan de meeste gerapporteerde WO₃ -gebaseerde fotoanodes, wat het praktische toepassingspotentieel ervan bij het splitsen van PEC-water aangeeft. Dit onderzoek biedt een veelbelovende strategie om de PEC OER-prestaties van nanogestructureerde WO₃ te verbeteren fotoanodes door hun microstructuur te veranderen en heteroatomen te introduceren.

Meer informatie: Peng Zeng et al, Architectuurmodificatie en In3+-dotering van WO3-fotoanodes om de foto-elektrochemische wateroxidatieprestaties te verbeteren, Science China Chemistry (2023). DOI:10.1007/s11426-023-1691-1

Aangeboden door Science China Press