薄膜光陽極的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光電極材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種納米花狀WO3薄膜光陽極的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，能源和環(huán)境問題已經(jīng)成為限制我國發(fā)展的關(guān)鍵性問題。煤、石油、天然氣等不可再生資源的快速消耗，一方面加快了能源危機(jī)的到來，另一方面也帶來了巨大的環(huán)境問題與壓力。為了解決能源緊張、環(huán)境破壞的一系列問題，實(shí)現(xiàn)資源與環(huán)境的可持續(xù)利用與發(fā)展，許多清潔、可持續(xù)的能源陸續(xù)被人們發(fā)現(xiàn)和利用，如太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?、潮汐能、核能、生物質(zhì)能源等，是正在以新技術(shù)為基礎(chǔ)系統(tǒng)開發(fā)和利用的能源。它們都具備資源豐富、可再生、對環(huán)境污染少或無污染的特點(diǎn)。而太陽能是一種普遍存在的，輻射量巨大的清潔能源，由于太陽能清潔且資源豐富，被廣泛認(rèn)為是解決人類未來能源和環(huán)境問題的關(guān)鍵。
[0003]三氧化鎢(WO3)是一種具有六方、立方等多種對稱晶型結(jié)構(gòu)的新型的η型半導(dǎo)體材料，因其具有優(yōu)異的電致變色、氣致變色和光致變色等性能而備受關(guān)注。尤其是1973年DebS K發(fā)現(xiàn)WO3具有光致變色現(xiàn)象以后，WO3在變色玻璃、顯示器件等方面的應(yīng)用越來越廣泛，隨之對WO3的研究也更加深入，更加具體，WO3材料在光電化學(xué)方面也開始展現(xiàn)出巨大的潛力，特別是納米WO3具有比表面積大，表面效應(yīng)、體積效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)顯著等優(yōu)勢，使得它的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，不僅可以作為太陽能吸收材料、催化劑材料，還可以作NOx、H2S、H2等氣體的氣敏感材料。目前，制備納米WO3的方法主要有物理方法(如氣體沉積法、高真空熱蒸鍍法、脈沖激光沉積法)和化學(xué)方法(如陽極電鍍法、溶膠-凝膠法和水熱法)兩種。雖然這些制備納米WO3的方法都有不同程度的發(fā)展，但是大部分還處在研究發(fā)展階段，還不能運(yùn)用到實(shí)際生產(chǎn)中。其中溶膠-凝膠法和水熱法在制備納米WO3方面具有很大的潛力。但是對于溶膠-凝膠法，由于實(shí)驗(yàn)原料中所使用的金屬醇鹽價(jià)格昂貴，且影響因素多，工藝不穩(wěn)定，在干燥過程中容易出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象等原因，使得溶膠-凝膠法的應(yīng)用受到了一定的限制。而水熱合成法操作簡便、經(jīng)濟(jì)且實(shí)驗(yàn)條件易控制，普通實(shí)驗(yàn)室條件就能制備性能優(yōu)越的WO3樣品，使之成為了制備納米WO3材料的主要研究方法。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明提供了一種納米花狀WO3薄膜光陽極的制備方法。
[0005]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0006]本發(fā)明的納米花狀WO3薄膜光陽極的制備方法的具體步驟如下:
[0007](I)生長種子層:
[0008]將H2W04，PVA溶于Η2Ο2中，每5-10mlH2O2中加入0.3?Ig !feTOdP0.lUg PVA，超聲處理后，攪拌至完全溶解，然后將得到的溶膠旋涂在Ti片表面，干燥至干，然后再次旋涂，循環(huán)3次，將涂布好種子溶液的Ti片在400-600°C下退火l_3h，即得到WO3種子層；
[0009](2)生長納米花狀WO3:
[0010]將WCl6溶于無水乙醇中，每70mL無水乙醇中加入0.5-1.0gWCl6,攪拌至完全溶解，得到的透明澄清溶液置于反應(yīng)釜中，將涂布好WO3種子層的Ti片置于反應(yīng)釜中，正面朝下垂直依靠在反應(yīng)釜內(nèi)壁，之后將反應(yīng)釜密封在90-110°C下反應(yīng)2-15h，得到樣品，取出后沖洗，干燥，最后在400-600 °C下燒結(jié)I _3h，即得到生長好納米花狀WO3薄膜的Ti片。
[0011]步驟(I)中，所述的Ti片使用前進(jìn)行前處理，具體步驟如下:將Ti片用清洗劑清洗，去除表面油污，之后在水:乙醇:丙酮=1:1:1的混合溶液中超聲水洗15min，之后再在去離子水中超聲水洗15min，用去離子水沖洗干凈后，將Ti片置于稀鹽酸溶液中，30?50°C水浴60min，取出后沖洗干凈即得處理好的Ti片樣品。
[0012]步驟(I)中，所述H2O2的質(zhì)量濃度為30%，優(yōu)選每5-10ml H2O2中加入0.5g H2WO4和
0.2g PVA0
[0013]步驟(I)中，超聲處理時(shí)間為15min，攪拌時(shí)間為3h。
[0014]步驟(I)中，旋涂速度是500r/min6s+1000r/min 30s。
[0015]步驟(I)中，優(yōu)選在500°C下退火2h。
[0016]步驟(2)中，優(yōu)選每70mL無水乙醇中加入0.7931g WC16。
[0017]步驟(2)中，優(yōu)選在100°C下反應(yīng)8h。
[0018]步驟(2)中，優(yōu)選在500 °C下燒結(jié)2h。
[0019]本發(fā)明的積極效果如下:
[0020]本發(fā)明通過在鈦基底表面沉積WO3種子，之后通過水熱法制備了納米花狀WO3薄膜光陽極樣品。本發(fā)明制備的納米花狀結(jié)構(gòu)生長好，無團(tuán)聚，光吸收強(qiáng)，光生電流密度大，同時(shí)具有較高的光電轉(zhuǎn)化效率。
【附圖說明】
[0021]圖1為HCl刻蝕后的樣品的SEM圖；
[0022]I為高倍鏡下的掃描電鏡圖，2為低倍鏡圖。
[0023]圖2為涂布了種子層的WO3薄膜樣品的SEM圖；
[0024]I為高倍鏡下的掃描電鏡圖，2為低倍鏡圖。
[0025]圖3為水熱反應(yīng)2h制備樣品的SEM圖；
[0026]I為高倍鏡下的掃描電鏡圖，2為低倍鏡圖。
[0027]圖4為水熱反應(yīng)3h制備樣品的SEM圖；
[0028]I為高倍鏡下的掃描電鏡圖，2為低倍鏡圖。
[0029]圖5為水熱反應(yīng)4h制備樣品的SEM圖；
[0030]I為高倍鏡下的掃描電鏡圖，2為低倍鏡圖。
[0031]圖6為水熱反應(yīng)4.5h制備樣品的SEM圖；
[0032]I為高倍鏡下的掃描電鏡圖，2為低倍鏡圖。
[0033]圖7為水熱反應(yīng)4.75h制備樣品的SEM圖；
[0034]I為高倍鏡下的掃描電鏡圖，2為低倍鏡圖。
[0035]圖8為水熱反應(yīng)5h制備樣品的SEM圖；
[0036]I為高倍鏡下的掃描電鏡圖，2為低倍鏡圖。
[0037]圖9為水熱反應(yīng)8h制備樣品的SEM圖；
[0038]I為高倍鏡下的掃描電鏡圖，2為低倍鏡圖。
[0039]圖10為水熱反應(yīng)1h制備樣品的SEM圖；
[0040]I為高倍鏡下的掃描電鏡圖，2為低倍鏡圖。
[0041 ]圖11為水熱反應(yīng)12h制備樣品的SEM圖；
[0042]I為高倍鏡下的掃描電鏡圖，2為低倍鏡圖。
[0043]圖12為水熱反應(yīng)15h制備樣品的SEM圖；
[0044]I為高倍鏡下的掃描電鏡圖，2為低倍鏡圖。
[0045]圖13為Sh納米花狀WO3薄膜的元素分布圖；
[0046]其中圖a為我們選擇做SM的范圍，方框內(nèi)是被選定的做元素分析的區(qū)域范圍，圖b和圖c分別為O和W元素在該區(qū)域內(nèi)的分布圖。
[0047]圖14為納米花狀W03薄膜光陽極系列樣品的X射線衍射譜圖。
[0048]圖15為納米花狀WO3薄膜光陽極系列樣品的UV-vis漫反射譜圖。
[0049]圖16為納米花狀WO3薄膜光陽極系列樣品的電流密度-時(shí)間曲線測試圖。
[0050]圖17為納米花狀WO3薄膜光陽極系列樣品的線性掃描伏安法的測試圖。
[0051]圖18為納米花狀WO3薄膜光陽極系列樣品的光電轉(zhuǎn)化效率測試圖。
【具體實(shí)施方式】
[0052]下面的實(shí)施例是對本發(fā)明的進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0053]實(shí)施例1
[0054]本發(fā)明的納米花狀WO3薄膜光陽極的制備方法的具體步驟如下:
[0055](I