n型鉛酸化チタンアノドを介して太陽光駆動による光電気化学的水酸化

科学分野:

• 材料科学
• 写真化学
• 電気化学

背景:

• オキシニトリドやオキシスルフィドのような混合アニオン化合物は,可視光水酸化光アノドのために調査されています.
• しかし,ほとんどのものは光生成された穴によって酸化分解され,その安定性が制限されます.
• 安定した光アノードの開発は 効率的な太陽光燃料生産に不可欠です

研究 の 目的:

• 可視光水酸化のための安定したフォトアノードとして,新しい鉛オキシフッ化物,Pb₂Ti₂O_5.4F_1.2の可能性を調査する.
• 光電化学的性能を評価し,光電流の発生,発生可能性,および安定性を評価する.
• 水酸化促進剤と水酸化促進剤の性能を比較する.

主な方法:

• Pb₂Ti₂O_5.4F_1.2粒子の合成と,透明な導電ガラス (FTO) 基板にそれらの堆積.
• フォトアノード構造を形成するためにTiO₂のオーバーレイヤーの後積層.
• 光電化学的な測定は,光電流,発生可能性,および安定性を評価するために,太陽光 (AM1.5G) をシミュレートします.
• 水酸化産物分析 (O₂) とファラダイク効率の決定

主要な成果:

• Pb₂Ti₂O_5.4F_1.2は,帯域のギャップを約1倍に示しています. 2.4 eV,可視光吸収 (λ <520 nm) を可能にします.
• フォトアノードは,pHに関係なく,負の開始電位 (-0.6 V vs NHE) を有する安定したアノド光電流を生成した.
• 特殊な安定性は,水酸化促進剤 (例えば,CoO_x) がなくても観察された.
• ローディング CoO_xは,フォトレスポンスを2〜3倍改善し,適用電位 <1.23VのAM1.5G光の下でのO₂進化の93%のファラダイク効率を達成しました.
• フォトアノードは4時間の動作中に無効化を示した.

結論:

• Pb₂Ti₂O_5.4F_1.2は,可視光水酸化のための最初の報告された安定した,混合アニオンオキシフルオリドフォトアノードである.
• プロモーターなしでも,その安定性と性能は,他の混合アニオンフォトアノードと区別する.
• この材料は,効率的で耐久的な光電気化学的な水分解のための有望な経路を提供します.