基于WO3纳米结构光阳极的PEC水氧化性能研究

自1976年Hodes首次将WO3作为可见光驱动的光电化学（PEC）水氧化光阳极材料进行研究[14]以来，WO3因其独特的性质引起了广泛关注。WO3具有相对较窄的禁带宽度（2.5 eV–2.7 eV），适合的价带位置以进行水氧化，以及在酸性条件下的高稳定性，使其成为PEC水氧化的理想材料。

然而，WO3的光吸收范围有限（λ < 460 nm），限制了其太阳能利用效率。为了提高WO3光阳极的PEC性能，研究人员采取了多种策略，包括：

1. 纳米结构调控:

纳米结构化的WO3光阳极具有更大的电极/电解质界面面积、更高的光吸收效率和更短的载流子传输路径，从而提高了PEC性能。目前，已经制备出多种形貌的WO3纳米结构，如纳米片[31]、纳米片状颗粒[32]、纳米颗粒[33,34]、纳米片状结构[35,36]、纳米管[37]、纳米带[38]、纳米线[39,40]和纳米棒[41,42]。

2. 异质结构建:

将WO3与其他半导体材料结合形成异质结可以有效促进光生载流子的分离和传输，从而提高PEC性能。

3. 掺杂:

通过掺杂金属或非金属元素可以调节WO3的电子结构和能带结构，扩展其光吸收范围并提高电导率。例如，掺杂过渡金属/其他金属[43-46]、非金属元素[25,26,47]或选择性分子[27]可以有效提高WO3在长波长处的光吸收。

4. 负载助催化剂:

在WO3表面负载助催化剂可以加速表面水的氧化反应动力学，从而提高PEC性能。

尽管纳米结构调控和其他策略可以提高WO3光阳极的PEC性能，但其长波长光吸收能力仍然有限。目前，许多研究致力于通过能带工程将光吸收扩展到更长的波长范围（λ > 480 nm），以进一步提高WO3光阳极的太阳能转换效率。

总而言之，WO3作为一种很有前途的PEC水氧化光阳极材料，近年来取得了显著进展。通过进一步优化材料制备和器件结构，WO3基光阳极有望为解决能源和环境问题做出更大贡献。