Page Header

ขั้วแอโนดจากไทเทเนียมไดออกไซด์เจือด้วยคอปเปอร์/คอปเปอร์ออกไซด์เพื่อการสลายโมเลกุลน้ำด้วยกระบวนการไฟฟ้าเคมีทางแสง
Cu/CuO Doped TiO2 Photoanode for Photoelectrochemical Water Splitting

Natthapan Sanannam, Akarawin Pimarnthisakorn, Anothai Sukvalakunchai, Pailin Ngaotrakanwiwat

Abstract


การผลิตก๊าซไฮโดรเจนด้วยกระบวนการสลายโมเลกุลน้ำด้วยไฟฟ้าเคมีทางแสง (Photoelectrochemical Water Splitting; PEC) เป็นหนึ่งในการผลิตพลังงานทางเลือก ที่ตอบสนองความต้องการพลังงานที่เพิ่มสูงขึ้นอย่างต่อเนื่องโดยไม่ทำลายสิ่งแวดล้อม งานวิจัยนี้เป็นการพัฒนาขั้วแอโนดที่กระตุ้นด้วยแสง (Photoanode) ซึ่งประกอบด้วยอนุภาคไทเทเนียมไดออกไซด์ (TiO2) เจือด้วยทองแดงในปริมาณต่างๆ (Cu/TiO2) ร่วมกับพอลิไวนิลลิดีนฟลูออไรด์ (PVDF) ลงบนกระจกอินเดียมทินออกไซด์ (ITO Glass) ด้วยเทคนิคการหมุนเหวี่ยง (Spin Coating) สมบัติทางไฟฟ้าเคมีเชิงแสง (Photoelectrochemical Properties) ของฟิล์ม Cu/TiO2 วิเคราะห์ด้วยเทคนิคไซคลิกโวลแทมเมตรี (Cyclic Voltammetry; CV) และลิเนียร์สวิปโวลแทมเมตรี (Linear Sweep Voltammetry; LSV) พร้อมกับการฉายแสงยูวี 15 มิลลิวัตต์/ตารางเซนติเมตร พบว่า การปรับอัตราส่วนของ PVDF บนฟิล์ม 20 wt% ส่งผลให้ฟิล์มมีความเสถียร และมีค่ากระแสขณะฉายแสงสูงสุดภายหลังอัด-คายประจุ 10 รอบ และการเจือทองแดง 0.5–5 mol% ในอนุภาค TiO2 พบว่า อนุภาค Cu/TiO2 จะมีสมบัติทางกายภาพและเคมีแตกต่างกันตามปริมาณทองแดง โดยฟิล์ม 1.5Cu/TiO2 เป็นฟิล์มที่เหมาะสมในการใช้เป็นขั้วแอโนดสำหรับการเกิดปฏิกิริยา Oxygen Evolution Reaction (OER) ซึ่งมีค่ากระแสขณะฉายแสงเท่ากับ 16.2 ไมโครแอมแปร์/ตารางเซนติเมตร ที่ 0.95 โวลต์ vs. Ag/AgCl ซึ่งมีค่าสูงมากกว่าฟิล์ม TiO2 ถึง 0.6 เท่า ยิ่งไปกว่านั้น ค่ากระแสรวมที่เกิดจากการป้อนศักย์ไฟฟ้าพร้อมกับฉายแสง มีค่าสูงถึง 0.23 มิลลิแอมแปร์/ตารางเซนติเมตร

Hydrogen production from the photoelectrochemical water splitting (PEC) is one of promising alternative fuels attributable to its feature as a demand-driven energy supply and being environmentally benign. This research aims to develop the photoanode electrode consisting of TiO2 particles doped with a various amount of copper (Cu/TiO2) and PVDF on the ITO glass by spin coating technique. Photoelectrochemical properties of Cu/TiO2 films were characterized by Cyclic Voltammetry (CV) and Linear Sweep Voltammetry (LSV) under UV irradiation with the intensity of 15 mW/cm2. The results showed that the appropriate amount of PVDF is 20 wt% due to the film stability and the highest photocurrent after 10 full charge/discharge cycles. The TiO2 particles doped with copper in the range of 0.5–5 mol% (0.5–5 Cu/TiO2) exhibited the difference in physical and chemical properties associated with Cu content. Moreover, the 1.5Cu/TiO2 film was considered as a promising photoanode for the Oxygen Evolution Reaction (OER) because the photocurrent of the film was 16.2 μA/cm2 with applied voltage at 0.95 V vs. Ag/AgCl, which is 0.6 times greater than that of the prestige TiO2 film. Furthermore, the total generated current resulting from the photocurrent and an applying a voltage at 0.95 V was 0.23 mA/cm2.


Keywords



Full Text: PDF

DOI: 10.14416/j.kmutnb.2021.02.001

ISSN: 2465-4698