光電催化水分解技術可以在分離的空間內分別進行水的還原和氧化反應生成氫氣和氧氣（如圖1所示），是一種**的光能到氫能的轉換技術，因而受到研究者的廣泛關注。光電催化水分解過程中，陽極上發生的水氧化反應是一個四電子轉移過程，是水分解反應的限速步驟。為了提高光電催化水分解中陰極的產氫效率，應當優先提高陽極上的水氧化反應效率。在眾多的光陽極中，三氧化鎢由于其帶隙窄和價帶位置高而成為理想的光陽極材料之一。然而，三氧化鎢陽極的實際應用還是受到光生電子和空穴的嚴重復合以及電極表面緩慢反應動力學的限制。同時，W-O懸空鍵及缺陷等表面態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帶位置使得三氧化鎢電極上通常還存在副反應發生，**導致光電催化水氧化的法拉第效率低。因此，需要對三氧化鎢電極進行必要的修飾或處理來提高其性能。

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

該綜述詳細介紹了三氧化鎢材料作為光陽極用于光電催化水氧化反應的優缺點,并分別從形貌控制、構造缺陷、構建異質結、負載助催化劑及應用等離子體效應等方面對提高三氧化鎢陽極水氧化性能進行了綜述。

圖文導讀

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存在。用化學方法引入的表面缺陷可以吸附羥基，并增強光電催化性能。但材料上存在過多的缺陷時也會阻止電荷傳輸，因而導致光電催化性能降低。在三氧化鎢上引入適量的化學缺陷可以提供大量的反應位點，有利于光生電荷的傳輸，提高光電催化水氧化性能。

3. 構建異質結

圖5. 三氧化鎢與三氧化二鐵構成的異質結電極及電荷傳輸示意圖

在三氧化鎢上負載三氧化二鐵形成的異質結促進了光生空穴和電子分別傳向三氧化二鐵和三氧化鎢。在此基礎上再負載鎳鐵水滑石可以進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鎳被光生空穴氧化成四價后參與水氧化反應自身被還原為二價，從而形成循環過程。

通過構建異質結可以**促進三氧化鎢電極內的光生電荷分離，提高整個復合電極的光吸收效率。如果構建異質結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. 負載助催化劑

圖6. 三氧化鎢上負載水滑石（a）和CoOx（b）的水氧化示意圖

在三氧化鎢上負載的催化劑可以被光生空穴氧化高價態后參與水氧化反應自身被還原為低價態，從而形成循環過程。

負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活性，進而提高到達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. 負載具有等離子效應的金屬

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

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