التخصص: الفيزياء

التخصص الدقيق: علوم المواد وفيزياء النانو

المستخلص: أصبح إنتاج الهيدروجين (HP) من خلال التحلل الضوئي للماء (PWS) شائعًا بشكل متزايد على مستوى العالم. يتم الاستفادة من أكبر مصدر متجدد للطاقة في العالم، وهو الشمس، بالإضافة إلى الأقطاب الكهروضوئية المعدنية القائمة على أكاسيد المعادن والمتاحة على نطاق واسع في هذه العملية. في هذه الدراسة، تم تحضير أفلام أكسيد الإيريديوم (IrOx) النقية والمطعّمة لفهم تأثير الكروم (Cr) واللانثانوم (La) على الكفاءة البصرية وإنتاج الهيدروجين، وكذلك على استقرار الأقطاب الكهروضوئية. من خلال استخدام FE-SEM، تم الكشف عن التفاوت في سماكة الأفلام وتشكيلها على شكل قضبان نانوية. أظهرت أطياف UV-Vis أن التركيب يؤثر على امتصاص الأفلام وانعكاسها. يمتلك IrOx فجوة نطاق بصرية (Eg) تبلغ 2.9 eV، وقد انخفضت أو زادت هذه القيمة بعد تطعيم Cr أو التطعيم المشترك مع La. أكدت أطياف الميكرو رامان أن وضع Eg لتمدد IreO قد انزاح إلى الأحمر من 563 إلى 553 cm⁻¹، مما يؤكد الطبيعة غير المتبلورة للأفلام. تم استخدام الأفلام الناتجة (IrOx) في إنتاج الهيدروجين عبر العملية الكهروضوئية الشمسية (PEC). كان الفيلم المطعّم المشترك هو الأكثر كفاءة واستقرارًا بين الأقطاب الكهروضوئية التي تم اختبارها، حيث حقق كفاءة تحويل الطاقة الشمسية إلى هيدروجين بنسبة 2.32%، ومعدل تطور الهيدروجين 23.5 mmol h⁻¹ cm⁻². أظهرت أعلى قيم كفاءة تحويل الفوتونات الممتصة إلى تيار (APCE %) للأقطاب الكهروضوئية المصنوعة من IrOx النقي والمطعّم المشترك عند 460 nm (3.62%) و490 nm (5.54%)، على التوالي. مع عوامل تعزيز تبلغ 2.77، 1.89، و2.90 لـ IrOx النقي، IrOx:5% Cr، وIrOx:Cr،2.5% La، ارتفع Jph إلى 1.58، 1.70، و1.83 mA cm⁻² عند 90°C. بعد 10 دورات، احتفظ القطب الكهروضوئي المطعّم المشترك بنسبة 99.2% من التيار الضوئي الأولي، مقارنة بـ 80.8% و82.8% للأقطاب المصنوعة من IrOx النقي والمطعّم بالكروم. تظهر المنحدرات المحسوبة لـ Tafel، معدلات التآكل، والمعايير الديناميكية الحرارية لـ PEC تأثير التطعيم والتطعيم المشترك على أداء واستقرار الأقطاب الكهروضوئية

Abstract: Hydrogen production (HP) by photocatalytic water splitting (PWS) is becoming more and more popular on a global scale. The world's largest and most accessible renewable energy sourcedthe Sundas well as widely accessible metal oxide-based photoelectrodes are both utilized in this process. The preparation of pure and doped iridium oxide (IrOx) films is attempted in this work in an effort to better understand how Cr and La affect optical and HP efficiency as well as electrode stability. By using FE-SEM, the films' varying thicknesses and nanorod-like morphologies were detected. UVeVis spectra reveal that the composition has an impact on the films' absorption and reflectance. IrOx has an optical band gap (Eg)of 2.9 eV, and this value decreased/increased after Cr doping/La codoping. The micro-Raman spectra, which showed that the Eg mode of IreO stretching was red-shifted from 563 to 553 cm1, validate the films' amorphous nature. The resultant (IrOx) films were utilized in the HP via the solar photoelectrochemical (PEC) process. The codoped film, which has a solar-to-hydrogen conversion efficiency of 2.32% and a hydrogen evolution rate of 23.5 mmol h 1cm2, is the most efficient and stable photoelectrode among the electrodes under examination. The highest absorbed photon-to-current conversion efficiency (APCE %) values for pure and codoped IrOx photoelectrodes were 3.62%@460 nm and 5.54% @490 nm, respectively. With enhancement factors of 2.77, 1.89, and 2.90 for pure IrOx, IrOx:5% Cr, and IrOx:Cr,2.5% La, respectively, the Jph increased to 1.58, 1.70, and 1.83 mA cm2 at 90 C. After ten runs, the codoped photoelectrode still has 99.2% of its initial photocurrent, compared to 80.8% and 82.8% for pure and Cr-doped IrOx. Calculated Tafel slopes, corrosion rates, and PEC thermodynamic parameters show how codoping and doping affect photoelectrode performance and stability.

الحالة: محكم ومنشور

جهة التحكيم: دار نشر Elsevier

دار النشر: Elsevier

سنة النشر: 2023