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Fundamental investigation of Ti doped WO<sub>3</sub> photoanode and their influence on photoelectrochemical water splitting activity
저자
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학술지명
권호사항
-
발행연도
2017
작성언어
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등재정보
SCI,SCIE,SCOPUS
자료형태
학술저널
수록면
348-357(10쪽)
제공처
<P><B>Abstract</B></P> <P>Herein, we utilize a facile hydrothermal method for the fabrication of Ti doped WO<SUB>3</SUB> thin films on fluorine-doped tin oxide (FTO) for the efficient photoelectrochemical water splitting activity. Doping of Ti into WO<SUB>3</SUB> is achieved during the condensation of a stable aqueous precursor solution of peroxopolytungstic acid (PTA) at 150°C. Characterization results show that, doping of Ti into WO<SUB>3</SUB> suppresses the crystal growth along (200) facet and shift the 2 θ values to higher degree with a corresponding decrease in d spacing. Elemental mapping along with EDS measurements show the uniform distribution and approximate at% of Ti doped in WO<SUB>3</SUB>. The WO<SUB>3</SUB> photoanode doped with 1.16 at% Ti displayed cathodic shift in onset potential with a maximum photocurrent density of 1.139mAcm<SUP>−2</SUP> (at 1.23 vs. RHE), which is found to be 3.5 times higher than undoped WO<SUB>3</SUB> (0.335mAcm<SUP>−2</SUP>) under simulated 1.5 AM sunlight. Spectroscopic and impedance measurements show that, the substitution of W with Ti, widens the band gap and shifts the conduction band edge (CBE) and flat band potential upwards to higher energies keeping the relative energy difference between valence band edge (VBE) and Fermi level constant. Such a change in band edge positions of WO<SUB>3</SUB> after Ti doping, shifts the conduction band minimum (CBM) towards the H<SUP>+</SUP>/H<SUB>2</SUB> redox potential. The study presented herein demonstrates a simple but systematic and efficient approach for the design and fabrication of band edge-tailored WO<SUB>3</SUB> photoanodes via Ti doping for the efficient photoelectrochemical water splitting.</P> <P><B>Highlights</B></P> <P> <UL> <LI> Ti doped WO<SUB>3</SUB> thins films are synthesized using facile hydrothermal method. </LI> <LI> The PEC properties of WO<SUB>3</SUB> are improved by Ti doping. </LI> <LI> Ti doping shifts both CBM, VBM and flat band potential of WO<SUB>3</SUB> upwards. </LI> <LI> Ti doping to WO<SUB>3</SUB> effects crystal facet, carrier density and oxygen vacancy. </LI> </UL> </P> <P><B>Graphical abstract</B></P> <P>[DISPLAY OMISSION]</P>
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