提高生长在三维钛毛毡上的Fe2O3/WO3异质结的光电化学活性

《ChemCatChem》：Enhancing Photoelectrochemical Activity of Fe2O3/WO3 Heterojunction Grown on 3D Titanium Felt

本研究通过水热法制备了Ti掺杂Fe?O?/WO?异质结光阳极，并集成于三维Ti felt基底。该结构通过能带工程降低电荷传输阻力，提升载流子浓度至5.6×1021 cm?3，使1.23 V vs RHE下的电流密度达0.106 mA cm?2，较原始Ti-Fe?O?光阳极提高约三倍，有效促进稳定的光解水氧化反应。

　　

摘要

赤铁矿在水氧化方面的光电化学（PEC）活性受到载流子传输缓慢和高电子-空穴复合率的限制。为了解决这些问题，本研究通过水热法在三维（3D）Ti毛毡基底上制备了掺钛的Fe₂O₃/WO₃异质结光阳极，首先生成掺钛的Fe₂O₃，然后生长WO₃。XRD、拉曼光谱和FESEM表征证实了该复合材料由球形Ti-Fe₂O₃颗粒和不规则的WO₃纳米棒组成。Ti-Fe₂O₃/WO₃异质结表现出改进的PEC活性，在1.23 V（相对于RHE）时实现了0.106 mA cm^?2的电流密度，相比原始的Ti-Fe₂O₃光阳极提高了大约三倍。这种性能的提升归因于WO₃修饰所引起的有效能带工程。光电子产率和X射线光电子能谱表明，异质结的形成使Fe₂O₃的价带和导带位置分别向更负的电位移动了0.5 V和0.6 V。电化学阻抗谱和Mott–Schottky分析证实了载流子传输电阻的降低以及较高的施主密度（N_{D = 5.6 × 10²¹ cm^?3），这与改进的PEC性能一致。这种制备策略利用了在3D基底上精心设计的异质结，实现了高效的太阳能驱动的水氧化。}

图形摘要

本文提出了一种将掺钛的Fe₂O₃/WO₃异质结结合在高表面积3D Ti毛毡基底上的协同架构，以克服赤铁矿固有的载流子传输限制。这种设计实现了能带的交错排列，从而实现了高效的方向性电荷分离，使得太阳能水氧化过程更加稳定。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

支持本研究结果的数据可向相应作者提出合理请求后获得。