光電催化水分解技術(shù)可以在分離的空間內(nèi)分別進(jìn)行水的還原和氧化反應(yīng)生成氫氣和氧氣（如圖1所示），是一種**的光能到氫能的轉(zhuǎn)換技術(shù)，因而受到研究者的廣泛關(guān)注。光電催化水分解過(guò)程中，陽(yáng)極上發(fā)生的水氧化反應(yīng)是一個(gè)四電子轉(zhuǎn)移過(guò)程，是水分解反應(yīng)的限速步驟。為了提高光電催化水分解中陰極的產(chǎn)氫效率，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先提高陽(yáng)極上的水氧化反應(yīng)效率。在眾多的光陽(yáng)極中，三氧化鎢由于其帶隙窄和價(jià)帶位置高而成為理想的光陽(yáng)極材料之一。然而，三氧化鎢陽(yáng)極的實(shí)際應(yīng)用還是受到光生電子和空穴的嚴(yán)重復(fù)合以及電極表面緩慢反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的限制。同時(shí)，W-O懸空鍵及缺陷等表面態(tài)也限制了三氧化鎢光電催化水氧化的性能。另外，由于三氧化鎢的高價(jià)帶位置使得三氧化鎢電極上通常還存在副反應(yīng)發(fā)生，**導(dǎo)致光電催化水氧化的法拉第效率低。因此，需要對(duì)三氧化鎢電極進(jìn)行必要的修飾或處理來(lái)提高其性能。

圖1 三氧化鎢光電催化分解水示意圖

圖2. 提高三氧化鎢光電催化水氧化性能措施概況圖

該綜述詳細(xì)介紹了三氧化鎢材料作為光陽(yáng)極用于光電催化水氧化反應(yīng)的優(yōu)缺點(diǎn),并分別從形貌控制、構(gòu)造缺陷、構(gòu)建異質(zhì)結(jié)、負(fù)載助催化劑及應(yīng)用等離子體效應(yīng)等方面對(duì)提高三氧化鎢陽(yáng)極水氧化性能進(jìn)行了綜述。

圖文導(dǎo)讀

1. 形貌控制

圖3. 三氧化鎢納米線（a）和兩種不同條件下制備納米片（b和c）的掃描電鏡圖

通過(guò)改變水熱合成條件可以得到納米線和納米片狀的三氧化鎢材料。納米片狀的三氧化鎢比納米線三氧化鎢具有更好的光電催化水氧化性能，而且厚度大的納米片（右圖）具有更高的性能。

通過(guò)形貌控制可以將三氧化鎢制備成納米線、納米片及多孔狀，從而增大電極的比表面積或降低材料的厚度，有利于光生空穴遷移到電極表面。

2. 引入缺陷

圖4. 用溶于乙二胺的鋰處理后的三氧化鎢的透射電鏡圖。處理時(shí)間分別為（a）0 s，（b）10 s，（c）20 s和（d）40 s

用溶于乙二胺的鋰對(duì)三氧化鎢處理可以在其表層形成氧和鎢的空位，隨著處理時(shí)間增加，空位層的厚度也增加。

缺陷可以作為材料的活性位點(diǎn)存在。用化學(xué)方法引入的表面缺陷可以吸附羥基，并增強(qiáng)光電催化性能。但材料上存在過(guò)多的缺陷時(shí)也會(huì)阻止電荷傳輸，因而導(dǎo)致光電催化性能降低。在三氧化鎢上引入適量的化學(xué)缺陷可以提供大量的反應(yīng)位點(diǎn)，有利于光生電荷的傳輸，提高光電催化水氧化性能。

3. 構(gòu)建異質(zhì)結(jié)

圖5. 三氧化鎢與三氧化二鐵構(gòu)成的異質(zhì)結(jié)電極及電荷傳輸示意圖

在三氧化鎢上負(fù)載三氧化二鐵形成的異質(zhì)結(jié)促進(jìn)了光生空穴和電子分別傳向三氧化二鐵和三氧化鎢。在此基礎(chǔ)上再負(fù)載鎳鐵水滑石可以進(jìn)一步提高電極的光電催化水氧化性能。鎳鐵水滑石中的二價(jià)鎳被光生空穴氧化成四價(jià)后參與水氧化反應(yīng)自身被還原為二價(jià)，從而形成循環(huán)過(guò)程。

通過(guò)構(gòu)建異質(zhì)結(jié)可以**促進(jìn)三氧化鎢電極內(nèi)的光生電荷分離，提高整個(gè)復(fù)合電極的光吸收效率。如果構(gòu)建異質(zhì)結(jié)的另一種材料本身也是一種水氧化助催化劑，那么該材料可以起到分離光生電荷和提高表面催化效率的雙重作用。

4. 負(fù)載助催化劑

圖6. 三氧化鎢上負(fù)載水滑石（a）和CoOx（b）的水氧化示意圖

在三氧化鎢上負(fù)載的催化劑可以被光生空穴氧化高價(jià)態(tài)后參與水氧化反應(yīng)自身被還原為低價(jià)態(tài)，從而形成循環(huán)過(guò)程。

負(fù)載均相或多相助催化劑都可以提高三氧化鎢電極表面的反應(yīng)活性，進(jìn)而提高到達(dá)電極表面的光生電荷利用效率，得到提高的光電流和降低的起始電位。

5. 負(fù)載具有等離子效應(yīng)的金屬

在三氧化鎢電極上負(fù)載具有等離子效應(yīng)的金屬(如貴金屬金、銀等)可以拓寬光吸收范圍，提高電極的光電轉(zhuǎn)換效率。

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