WO3光解水析氧

三氧化鎢圖片

光解水反應能夠進行需要滿足:

1. 禁帶寬度必須合適,既能產生足夠的電壓以使水分解,但又不能太大,否則激發電子難以越過禁帶,而大大降低對太陽能的吸收,其禁帶寬度的理想範圍為1.6~2.2eV;

2. 具有良好的析氧催化特性,必須能在電解液中穩定,且價格低廉。 能同時滿足上述要求的材料還未被發現,但是已經發現的一些材料體系很有潛力,如WO3、Fe2O3、WS2等,而 WO3是其中最具有潛力的。三氧化鎢的特性基本能達到PEC吸光催化層的主要要求,它具有優良的氧催化特性,在電解液中穩定,並且價格相對低廉,其禁帶寬度為2.4~2.8eV,稍大於理想的禁帶寬度。為此,人們做了大量降低禁帶寬度的研究,以提高太陽光的吸收率和光電流密度,以滿足光電化學分解水的要求。研究表明,摻雜可以調節半導體的禁帶寬度 。

光解水制氫和光解水析氧是兩個共同存在的半反應,隨著半導體光催化材料研究的快速發展,三氧化鎢作為光解水催化材料引人注目。Gratian等初步研究了WO3在可見光誘導下的析氧情況。Gao等研究了燒結氣氛對WO3光解水催化活性的影響,發現通過化學位元控制可顯著提高WO3光催化活性的穩定性。Sayama等報導了Fe3+/Fe2+離子與WO3組成的氧化還原系統,該系統中WO3在Fe3+存在的條件下,能在可見光下催化分解產生氧氣,而Fe3+不斷被消耗的同時Fe2+離子很容易在紫外光下被氧化為Fe3+離子,產生氫氣,實現整個系統的迴圈。

此外,國內有通過溶膠-凝膠法製備WO3,通過在不同溫度下對WO5+前驅體進行熱處理,得到一系列具有不同氧空位及結晶態的光催化劑,進而分析其光分解水析氧的活性。他們得出,在350°C下處理4小時所得的三氧化鎢催化劑的光催化析氧活性最高。

通過Ce/ WO3光催化劑光催化分解水的實驗研究表明,對在可見光輻射下進行光催化分解水制氧,於600°C下處理摻雜0.05%的Ce的WO3催化劑的催化活性最高,此時催化劑的析氧速率比未摻雜WO3提高了1.5~1.7倍。