Fotoánodos WO3 N2-intercalados térmicamente estables para la oxidación del agua

Área de la Ciencia:

• Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.
• La electroquímica es electroquímica.
• La fotocatálisis por fotocatálisis.

Sus antecedentes:

• El óxido de tungsteno (WO3) es un semiconductor con un amplio intervalo de banda, lo que limita su uso en aplicaciones impulsadas por luz visible.
• El desarrollo de materiales que absorban la luz visible es crucial para el avance de las tecnologías de conversión de energía solar.

Objetivo del estudio:

• Para sintetizar y caracterizar los compuestos estables de intercalación de nitrógeno (N(2)) en óxido de tungsteno (WO(3)).
• Investigar el efecto de la intercalación de N(2) en las propiedades ópticas y electroquímicas de WO(3).
• Evaluar el potencial de estos materiales como fotoánodos para la evolución del oxígeno impulsada por la luz visible.

Principales métodos:

• Síntesis química de los compuestos de intercalación xN(2) ·WO(3).
• Análisis espectroscópico (por ejemplo, UV-Vis) para determinar las propiedades de absorción óptica.
• Mediciones electroquímicas, incluyendo fotocorriente y eficiencia faradaica para la evolución del oxígeno.
• Modelado computacional para comprender las interacciones huésped-anfitrión.

Principales resultados:

• Se formaron con éxito compuestos estables de intercalación xN(2) ·WO(3) (x = 0,034-0,039).
• La intercalación de nitrógeno redujo significativamente el umbral de absorción de WO(3), permitiendo la absorción de la luz visible.
• El ánodo 0.039N(2) ·WO(3) exhibió fotocorriente bajo iluminación a longitudes de onda ≤640 nm.
• Se logró una eficiencia faradaica cercana a la unidad para la evolución de O2 en 1.0 M HClO4aq.
• Los datos espectroscópicos y computacionales revelaron la deformación de la celosía y las interacciones electrónicas débiles que contribuyen a la absorción desplazada al rojo.

Conclusiones:

• La intercalación de nitrógeno es una estrategia efectiva para mejorar la respuesta a la luz visible de WO(3).
• Los materiales sintetizados xN(2) ·WO(3) son prometedores como fotoánodos eficientes para la división del agua impulsada por luz visible.
• Se predice que los materiales WO(3) intercalados con gases nobles serán fotoánodos viables sensibles a la luz visible.