强脉冲离子束辐照构建旋涂PVA/WO3光阳极陷光结构及其光催化性能研究

针对WO3光阳极可见光吸收率低的问题，研究人员通过旋涂法制备含PVA的WO3薄膜，并采用强脉冲离子束(IPIB)辐照技术构建陷光结构。结果表明，辐照后薄膜形成多孔结构，光吸收率显著提升，光电流密度较未辐照样品提高70%，为光电化学(PEC)水分解提供了高效材料。

　　

随着全球能源危机加剧，光电化学(PEC)水分解技术因能直接将太阳能转化为氢能而备受关注。三氧化钨(WO₃)因其2.5-2.6 eV的适宜带隙和良好的电荷迁移率成为理想光阳极材料，但其可见光区(400-700 nm)吸收不足严重制约效率。传统改性方法如掺杂、异质结构构建等虽有效但工艺复杂。哈萨克斯坦研究团队另辟蹊径，创新性地将强脉冲离子束(IPIB)辐照技术应用于旋涂法制备的含聚乙烯醇(PVA)的WO₃薄膜，通过瞬时高能粒子轰击诱导材料深层改性，成功破解了可见光捕获难题。

研究团队采用三步法开展实验：首先通过化学溶液法制备含PVA的WO₃前驱体，旋涂于FTO导电玻璃；随后使用200-250 keV质子束进行IPIB辐照（电流密度10 A/cm²，注量5×10¹² ions/cm²）；最后通过退火处理获得最终样品。通过设置未辐照、先辐照后退火、先退火后辐照三组对照，系统分析辐照顺序对性能的影响。

Sample fabrication and modification
采用商业FTO玻璃基底，通过超声清洗和紫外臭氧处理确保表面洁净。WO₃前驱体由钨酸、双氧水和去离子水配制，加入PVA后旋涂成膜。IPIB辐照在特制装置中完成，质子束穿透深度达2-3 μm，瞬时高温使PVA分解形成多孔结构。

Results and discussions
扫描电镜显示IPIB辐照使薄膜厚度增加3倍（从300 nm增至900 nm），形成分级多孔结构。紫外-可见光谱证实辐照样品在450-650 nm区间吸收显著增强。光电测试表明，最优样品在1.23 V vs. RHE电压下光电流密度达1.7 mA/cm²，较未辐照样品提升70%。值得注意的是，辐照虽引入氧空位缺陷导致电荷迁移率降低，但多孔结构提供的超大比表面积（较原始样品增加5倍）和陷光效应共同抵消了负面影响。

Conclusions
该研究首次将IPIB辐照技术应用于溶液法制备的WO₃光阳极，通过瞬时高能辐照同步实现体相改性和表面纳米结构化。形成的分级多孔结构兼具陷光效应和催化活性位点暴露优势，为开发高效稳定的PEC系统提供了新思路。研究还揭示辐照顺序对材料结晶性的影响规律：先辐照后退火可保留非晶相有利于缺陷调控，而先退火后辐照则导致晶格损伤。这项发表于《Applied Surface Science》的成果不仅拓展了离子束技术在能源材料领域的应用边界，更为设计新型光电器件提供了理论指导。