การพัฒนาขั้วไฟฟ้าทังสเตนออกไซด์เพื่อผลิตไฮโดรเจนในกระบวนการไฟฟ้าเคมีเชิงแสง

Abstract

พลังงานไฮโดรเจนจัดเป็นเชื้อเพลิงพลังงานทดแทนที่มีประสิทธิภาพและลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกได้ สามารถผลิตด้วยปฏิกิริยาการแยกโมเลกุลน้้าในกระบวนการไฟฟ้าเคมีเชิงแสง โดยอาศัยสารกึ่งตัวน้าและแสง งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อสังเคราะห์ขั้วไฟฟ้าฟิล์มบางนาโนทังสเตนออกไซด์ (WO3) ด้วยวิธีไฮโดรเทอมอล เพื่อผลิตไฮโดรเจนในกระบวนการไฟฟ้าเคมีเชิงแสง และศึกษาปัจจัยของอุณหภูมิที่ใช้ที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพการผลิตไฮโดรเจน โดยก้าหนดอุณหภูมิ 120 150 และ 180 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 12 ชั่วโมง รวมทั้งศึกษาคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีด้วยเทคนิคการวิเคราะห์ต่างๆ จากการศึกษาพบว่าฟิล์มบางนาโน WO3 มีโครงสร้างแบบ 2 มิติ ลักษณะรูปร่างเป็นนาโนเพลท (Nanoplate) และโครงสร้างผลึกเป็นแบบโมโนคลินิก (Monoclinic) แสดงค่าการดูดกลืนแสงสูงสุดที่ 475 นาโนเมตร นอกจากนี้พบว่าอุณหภูมิที่ใช้ในสังเคราะห์ฟิล์มบางแตกต่างกัน ส่งผลต่อโครงสร้างผลึกและความสามารถในการดูดกลืนแสงของฟิล์มบาง WO3 จึงส่งผลให้ค่าความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าที่แตกต่างกัน โดยขั้วไฟฟ้า WO3 ที่อุณหภูมิ 120 °C แสดงค่ากระแสไฟฟ้ามากที่สุด ประมาณค่าได้ 2.82 mA/cm2 ในสารละลายอิเล็กโทรไลต์โซเดียมซัลเฟต 0.5M ภายใต้ความเข้มแสง AM 1.5G (100 mW/cm2 ) เนื่องจากให้ค่าการดูดกลืนแสงสูงที่สุด และแสดงโครงสร้างผลึกที่ดี เกิดการแยกกันของอิเล็กตรอนและโฮลได้ดี ส่งผลให้เกิดปฏิกิริยารีดอกซ์ของน้้าและผลิตไฮโดรเจนได้อย่างมีประสิทธิภาพ ดังนั้นสามารถสรุปได้ว่าอุณหภูมิเป็นปัจจัยหนึ่งที่ส้าคัญในการเตรียมขั้วไฟฟ้าฟิล์มบาง WO3 ที่ได้และสามารถน้าไปประยุกต์ใช้ในการผลิตไฮโดรเจนในปฏิกิริยาการแยกโมเลกุลน้้าในกระบวนการไฟฟ้าเคมีเชิงแสง ด้วยวิธีการสังเคราะห์ที่ง่าย ต้นทุนต่้า และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม