WO3光解水析氧

三氧化钨图片

光解水反应能够进行需要满足:

1. 禁带宽度必须合适,既能产生足够的电压以使水分解,但又不能太大,否则激发电子难以越过禁带,而大大降低对太阳能的吸收,其禁带宽度的理想范围为1.6~2.2eV;

2. 具有良好的析氧催化特性,必须能在电解液中稳定,且价格低廉。 能同时满足上述要求的材料还未被发现,但是已经发现的一些材料体系很有潜力,如WO3、Fe2O3、WS2等,而 WO3是其中最具有潜力的。三氧化钨的特性基本能达到PEC吸光催化层的主要要求,它具有优良的氧催化特性,在电解液中稳定,并且价格相对低廉,其禁带宽度为2.4~2.8eV,稍大于理想的禁带宽度。为此,人们做了大量降低禁带宽度的研究,以提高太阳光的吸收率和光电流密度,以满足光电化学分解水的要求。研究表明,掺杂可以调节半导体的禁带宽度 。

光解水制氢和光解水析氧是两个共同存在的半反应,随着半导体光催化材料研究的快速发展,三氧化钨作为光解水催化材料引人注目。Gratian等初步研究了WO3在可见光诱导下的析氧情况。Gao等研究了烧结气氛对WO3光解水催化活性的影响,发现通过化学位控制可显著提高WO3光催化活性的稳定性。Sayama等报道了Fe3+/Fe2+离子与WO3组成的氧化还原系统,该系统中WO3在Fe3+存在的条件下,能在可见光下催化分解产生氧气,而Fe3+不断被消耗的同时Fe2+离子很容易在紫外光下被氧化为Fe3+离子,产生氢气,实现整个系统的循环。

此外,国内有通过溶胶-凝胶法制备WO3,通过在不同温度下对WO5+前驱体进行热处理,得到一系列具有不同氧空位及结晶态的光催化剂,进而分析其光分解水析氧的活性。他们得出,在350°C下处理4小时所得的三氧化钨催化剂的光催化析氧活性最高。

通过Ce/ WO3光催化剂光催化分解水的实验研究表明,对在可见光辐射下进行光催化分解水制氧,于600°C下处理掺杂0.05%的Ce的WO3催化剂的催化活性最高,此时催化剂的析氧速率比未掺杂WO3提高了1.5~1.7倍。

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