Metal Oxide Based Thin Film Photoelectrodes for Water Splitting

Metal Oxide Based Thin Film Photoelectrodes for Water Splitting. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF
Metal Oxide Based Thin Film Photoelectrodes for Water Splitting.pdf
Restricted to Repository staff only until 29 May 2023.

Download (8MB)

Arabic Abstract

اإلشععاا الشعمسعي دو مورد دائل ومسعتمر يمكند أن يزود كوكبنا بكل الياقة التي يحتانها. يمكن إسعتخدام المواد النانوية شعبد الموصعلة كمحفزات ضعوئية لفصعل الهيدرونين عن الماء وإسعتخدامد كوقود أخضعر ومسعتدام بدسعتخدام الخاليا الكهروكيميائية الضعوئية. في دذا الدراسعة ، قمنا بتيوير وتحسعين وتشعييل أكسعيد التننسعتن WOx )وفانادات البزموث BiVO4 )واألغشعية الرقيقة من أكسعيد التننسعتن /فانادات البزموت ذات اليبقات المزدونة WO3/BiVO4 )كأقياب ضعععوئية و إسعععتخدامها للتحليل الكهروكيميائي للمياا . تم إستخدام تقنية ترسيب األفالم الرقيقة sputtering relative DC and DC ) لتصعني والتحكم في درنة أكسعد وسعماكة فيلم أكسعيد التننسعتن من أنل تحقيج فنو النيال المناسعبة ومعامالت نقل الشعحن الضعوئية النشعية. باإلضعافة إلك ذلت ، تم تيوير يريقة نديد إلنتا أفالم رقيقة و خالية من الفنوات،مصعععنوعة من BiVO4 بدسعععتخدام مزي من تقنيات الترسعععيب والتقيير. مكننا إسعتخدام دذ اليريقة من تصعني أفالم BiVO4 متصعلد و بدون تشعقج ،و مسعتقر ،و مسعامية. باإلضعافة إلك ذلت ، تم تصعني األقياب الضعوئية ذات البنية غير المتنانسعة من أفالم BiVO4 و WO3 وتعديلها لتعزيز كفاء تفاعل تيور األكسععنين في الخلية الكهروضععوئية. عالو علك ذلت ، تم إسععتخدام يريقة الترسيب الكهربائي بمساعد الضوء لترسيب ماد الPi-Co بالسماكة المثلك علك سيح أفالم BiVO4 و WO3/BiVO4 .تمت دراسعة الخصعائا التركيبي ة والمورفولوني ة والبصعري ة لرقائج األنود الضعوئي الميور بعدسععععتخدام إختبارات XRD و SEM-FE و Vis-UV و XPS علك الترتيب. تم تقييم أداء XV التحفيز الضععوئي ، مثل التيار الضععوئي ، وشععد كفاء التيار الضععوئي ، ومعدل نقل الشععحنة ل نودات الضععوئي ة المعد في الظالم و في ونود الضععوء بدسععتخدام نهاز الفحا الكهروكيميائي. تم إسععتخدام محعاكعا DFT لعدراسععععة البنيعة النعانويعة اإللكترونيعة لرقعائج WO3 و BiVO4 المسععععتخعدمعة كعأنودات مصاعد كيميائيد( ضوئية.

English Abstract

Solar radiation is an enormous and continuous resource that can provide our planet with all of the energy it requires. Semiconductor nanomaterials can be utilized as photocatalysts to separate hydrogen from water and use it as a green and sustainable fuel using photo-electrochemical cells. In this study, we developed, modified, and functionalized tungsten oxide (WOx), bismuth vanadate (BiVO4), and double-layered tungsten oxide/bismuth vanadate thin films (BiVO4/WO3) as photo-anodes for photo�electrochemical water splitting. The DC and DC reactive sputtering techniques were used to fabricate and control the properties of the deposited tungsten oxide films. Characteristics such as crystallinity phase, oxidation phase, annealing temperature, annealing environment, and thickness have a significant effect on achieving the appropriate bandgap that can absorb a wide range of the visible light spectrum and improve the charge transport parameters of the active photoanode. A novel method for producing a pinhole-free BiVO4 thin film was developed using a combination of sputtering and drop-casting techniques. Using this method enabled us to fabricate continuous, stable, and porous structured BiVO4 films. Additionally, heterostructure photoanodes with double layers of BiVO4 and WO3 films were synthesized and tuned to enhance the oxygen evolution reaction efficiency of XIII the PEC. Besides, a photo-assisted electrodeposition approach was used to deposit Co–Pi with optimum thickness onto the surface of BiVO4 and BiVO4/WO3 films. The structural, morphological, optical, and compositional characteristics of the developed photoanode films were studied using XRD, FE-SEM, UV-Vis, and XPS, respectively. The photocatalytic performance, such as photocurrent, photocurrent efficiency, and charge transfer rate of the prepared photoanodes, were evaluated in dark and light using an electrochemical workstation and solar simulator. DFT computations helped to investigate the electronic nanostructure of WOx and BiVO4 photoanode films.

Item Type: Thesis (PhD)
Subjects: Physics
Department: College of Engineering and Physics > Physics
Committee Advisor: Yamani, Zain Hassan
Committee Members: Gondal, M. A. and El-Said, Ayman and Khiari, Fatah
Depositing User: AMAR MOHAMEDKHAIR (g201402880)
Date Deposited: 29 May 2022 07:32
Last Modified: 29 May 2022 07:32
URI: https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/142129