Development Of Wo3-Tio2 Nanotube Arrays For Water Electrolysis - Lai , Chin Wei (2013)
Penjanaan hidrogen solar melalui elektrolisis air adalah sasaran utama untuk pembangunan ekonomi hidrogen secara lestari bagi sistem tenaga masa depan. Pembentukan TiO2 tiubnano yang bebas daripada kelompok adalah penting dalam aplikasi elektrolisis air supaya mencapai kecekapan yang tinggi. Kajian terperinci terhadap kesan komposisi elektrolit, masa penganodan, keupayaan elektrik, suhu penganodan dan suhu penyepuhlindapan telah dilaksanakan bagi mengawal susunan dan geometri tiubnano. Susunan tiubnano TiO2 yang mempunyai permukaan dinding licin dan nisbah aspek yang tinggi telah berjaya disintesis dalam glikol etilena yang mengandungi 5 wt% NH4F dan 5 wt% H2O2 melalui kaedah penganodan pada 60 V selama 1 jam. H2O2 digunakan sebagai pembekal oksigen untuk meningkatkan kadar pengoksidaan dan seterusnya meningkatkan kadar pembentukan tiubnano dalam kajian ini. Sehubungan dengan itu, didapati bahawa penambahan hidrogen peroksida ke dalam elektrolit dalam selang masa 10 min menghasilkan tiubnano yang lebih panjang (~ 13 μm) dengan diameter ~ 140 nm. Usaha berterusan telah dilaksanakan bagi meningkatkan lagi prestasi elektrolisis air dengan mendeposisi WO3 pada TiO2 tiubnano melalui teknik pemercikan RF dan pengisitepuan basah. WO3-TiO2 tiubnano yang dipercik dengan daya pemercikan 50 W selama 0.5 min serta disepuhlindap pada 400 °C telah menunjukkan foto-arus sebanyak 2.4 mA/cm2 yang tinggi dengan kecekapan penukaran foto sebanyak 6.2 %. Peningkatan prestasi sebanyak dua kali ganda telah dicatatkan berbanding dengan TiO2 tiubnano yang asal. Sebaliknya, TiO2 tiubnano yang dicelupkan dalam 0.3 mM larutan APT selama 1 jam menunjukkan foto-arus sebanyak 2.1 mA/cm2 dengan kecekapan penukaran foto sebanyak 5.1 %. WO3-TiO2 tiubnano yang dihasilkan melalui teknik pemercikan RF mencatatkan prestasi elektrolisis air yang lebih tinggi berbanding dengan teknik pengisitepuan basah. Penemuan ini menunjukkan bahawa pengenapan W6+ spesies dalam kekisi TiO2 dengan tenaga kinetik yang tinggi (pemercikan RF) mencapai prestasi elektrolisis air yang lebih baik berbanding dengan proses resapan daripada W6+ spesies ke dalam kekisi TiO2 (pengisitepuan basah). Kehadiran unsur W di bawah 1 at% dalam TiO2 menunjukkan peningkatan foto-arus dan kecekapan penukaran foto kerana ia akan bertindak sebagai pengantara yang berkesan untuk memerangkap elektron dan mengurangkan rekombinasi elektron-lohong. Sebaliknya, kandungan WO3 yang berlebihan akan membentuk akumulasi pada permukaan tiubnano dan mengakibatkan prestasi elektrolisis air menjadi rendah kerana lapisan asing ini akan bertindak sebagai pusat rekombinasi elektron-lohong.