氧化鎢納米材料光解水制氫

WO₃納米材料具有無(wú)毒、無(wú)害、容易制備、性能穩(wěn)定、價(jià)格低廉以及優(yōu)良的可見(jiàn)光響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，是一種較為理想的光電化學(xué)反應(yīng)體系光陽(yáng)極半導(dǎo)體材料，在光電化學(xué)領(lǐng)域（光解水，光降解有機(jī)污染物及太陽(yáng)能電池）得到了廣泛的應(yīng)用。

1972年，F(xiàn)ujishima和Honda首次報(bào)道在光照條件下，采用TiO₂半導(dǎo)體電極所組成的光電化學(xué)池將水分解為氫氣和氧氣，繼此許多科研工作者對(duì)其他氧化物半導(dǎo)體在光解水制氫方面進(jìn)行了大量的研究工作。

在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下若要把1mol H₂O分解為氫氣和氧氣需要273kJ的能量，即至少需2.46eV的能量才可將水分子分解為氫氣和氧氣。通常的電解水反應(yīng)所需的理論電壓相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)氫電極電勢(shì)為1.23V，因此如果采用半導(dǎo)體材料對(duì)水進(jìn)行光催化分解反應(yīng)，理論上材料的禁帶寬度必須大于1.23eV. 在實(shí)際的電解水反應(yīng)過(guò)程中，由于過(guò)電位的存在及電極極化等其他因素造成的能量損失，最適合的半導(dǎo)體禁帶寬度為2.0~2.2eV. 由于存在較高的過(guò)電位，光解水反應(yīng)的氧化半反應(yīng)相對(duì)更難發(fā)生，阻礙了反應(yīng)析氧反應(yīng)的進(jìn)行，從而制約著光解水效率的提高。

根據(jù)材料結(jié)構(gòu)的不同，WO3的禁帶寬度為2.5~2.8eV，是一種良好的光解水催化材料。研究發(fā)現(xiàn)，在pH=0的條件下，WO₃導(dǎo)帶底部的電極電勢(shì)為+0.4V，高于水分解還原半反應(yīng)的電極電勢(shì)，因而不能用于析氧反應(yīng)，但由于其價(jià)帶空穴具有很強(qiáng)的氧化能力，可用于光催化分解水產(chǎn)氧。

1976年以色列科學(xué)家Hobes首次將WO₃用于光解水制氫體系，此后眾多的科研工作者對(duì)進(jìn)行了廣泛的研究與應(yīng)用。相對(duì)于TiO₂光催化劑，目前WO₃的光轉(zhuǎn)化效率較低。但WO₃具有先天的優(yōu)勢(shì)，如禁帶寬度低，無(wú)需進(jìn)行修飾或敏化即具有良好的可見(jiàn)光響應(yīng)，從而能利用到更多的太陽(yáng)光。此外，在實(shí)際光催化分解水反應(yīng)體系中，WO₃在長(zhǎng)時(shí)間光照下能夠保持優(yōu)良的抗光腐蝕性和光生電子傳輸性能，因此是一種理想的光分解水催化劑。