Nieuwe nanogestructureerde fotoanode, hydrothermisch bereid bij 160°C, gevolgd door calcinatie bij 500°C

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 calcineren bij 500°C.

Bovendien is het invloedsmechanisme van hydrazinehydraat en In³⁺-doping op de microstructuur, foto-elektrochemisch gedrag, elektronische bandstructuur en werkfunctie van WO₃ fotoanode werd bestudeerd.

Het werk is gepubliceerd in het journaal Wetenschap China Chemie.

De experimentresultaten laten zien dat de fotostroomdichtheid en stabiliteit van de nanogestructureerde WO₃ fotoanode zijn nauw verwant aan zijn 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 (langs de [200] richting) en ~150 nm breedte (langs de [002] richting).

Dit vergroot het specifieke oppervlak en de reactieve plaatsen om de ladingsoverdracht en scheiding te bevorderen; In³⁺-doping optimaliseert de elektronische bandstructuur van WO₃resulterend in een negatief verschoven vlakbandpotentieel en een verminderde werkfunctie om de drijvende kracht van OER te vergroten.

Vergeleken met In³⁺ ionen heeft de introductie van hydrazinehydraat significantere verbeteringseffecten op de fotostroomdichtheid, toegepaste bias foton-naar-stroomefficiëntie (ABPE), incident-photon-to-current conversie-efficiëntie (IPCE), foto-elektrochemische duurzaamheid en Faraday-efficiëntie voor O₂ evolutie.

Onder het synergetische effect van hydrazinehydraatmodificatie en In³⁺-doping, de OER-prestaties van In³⁺-WO₃(N₂H₄) fotoanode was aanzienlijk verbeterd.

Onder omstandigheden van AM1.5G gesimuleerde zonlichtverlichting, Na₂DUS₄ oplossing en 1,23 V vs. RHE, de In³⁺-WO₃(N₂H₄) fotoanode gebouwd onder de geoptimaliseerde omstandigheden vertoonde een IPCE van 38,6% (bij 410 nm) en een fotostroomdichtheid van 1,93 mA cm^-2die 2,8 en 3,0 maal groter zijn dan die van de zuivere WO₃ fotoanode, respectievelijk.

Deze OER-voorstelling van In³⁺-WO₃(N₂H₄) 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 WO te verbeteren₃ fotoanodes door hun microstructuur te veranderen en heteroatomen te introduceren.