5h時(shí)，隨著花狀結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，樣品的光生電流密度有了很大的提高，出現(xiàn)了質(zhì)的飛躍；當(dāng)水熱反應(yīng)時(shí)間為Sh時(shí)，樣品的光生電流密度達(dá)最大值;之后隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，樣品的光生電流密度逐漸降低。
[0100]3.3納米花狀WO3薄膜光陽(yáng)極系列樣品的線性掃描伏安法測(cè)試
[0101]圖17為納米花狀WO3薄膜光陽(yáng)極系列樣品的線性掃描伏安法測(cè)試，測(cè)試時(shí)開始要閉光，之后開光一秒，然后再閉光一秒，兩秒一個(gè)循環(huán)測(cè)試約180s得到如圖所示的1-V曲線。其中，水熱反應(yīng)時(shí)間為Ih、2h、3h、3.5h、4h和4.5h的樣品隨著電壓的增大，光生電流密度逐漸增大，但是增加的幅度很小，基本沒有光生電流產(chǎn)生，這種結(jié)果與系列樣品的1-t測(cè)試結(jié)果相一致。同樣是水熱反應(yīng)時(shí)間達(dá)到4.75h時(shí)隨著電壓的增大光生電流密度突然有了很大的提升，并隨時(shí)間的增加而逐漸增大，直到水熱反應(yīng)時(shí)間為Sh時(shí)樣品的光生電流密度有了最大值，偏壓為1.5V時(shí)光生電流密度為2.3mA/cm2。之后隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，樣品的光生電流密度逐漸減小，當(dāng)水熱反應(yīng)時(shí)間為15h時(shí)，樣品的最大光生電流密度降低到1.0mA/cm2左右。納米花狀WO3薄膜光陽(yáng)極系列樣品的線性掃描伏安法測(cè)試結(jié)果與樣品的電流密度-時(shí)間曲線測(cè)試結(jié)果吻合，進(jìn)一步證明了水熱時(shí)間為4.75h為樣品具備光電化學(xué)性能的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，水熱反應(yīng)Sh為制備納米花狀WO3薄膜的最佳時(shí)間，此反應(yīng)時(shí)間下納米花狀WO3薄膜光陽(yáng)極具有最高的光生電流密度，光電化學(xué)性能最好，也印證了SEM測(cè)試中水熱時(shí)間為4.75h納米花狀結(jié)構(gòu)出現(xiàn)并在水熱時(shí)間為8h時(shí)樣品的花狀結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)的最完整，空間分布最均勻的結(jié)果。同時(shí)與我們通過納米花狀WO3薄膜光陽(yáng)極系列樣品的UV-vis漫反射測(cè)試推測(cè)的結(jié)果對(duì)應(yīng):水熱時(shí)間低于4.75h時(shí)樣品的光生電流密度很小，在水熱時(shí)間為4.75h時(shí)樣品的光生電流密度突然有了很大提升，而在水熱時(shí)間達(dá)到Sh時(shí)樣品具有最大的光生電流密度產(chǎn)生，具有最好的光電化學(xué)性能;之后隨著反應(yīng)時(shí)間增加光生電流減小，光電化學(xué)性能減弱。
[0102]3.4納米花狀WO3薄膜光陽(yáng)極系列樣品的光電轉(zhuǎn)化效率測(cè)試
[0103]圖18為納米花狀WO3薄膜光陽(yáng)極系列樣品的光電轉(zhuǎn)化效率測(cè)試。從圖中我們可以看出，納米花狀WO3薄膜光陽(yáng)極系列樣品在波長(zhǎng)為340nm-460nm之間有較高的光電轉(zhuǎn)化效率，其中在波長(zhǎng)為380nm處測(cè)得最大值，水熱反應(yīng)時(shí)間為8h的納米花狀WO3薄膜光陽(yáng)極樣品光電轉(zhuǎn)化效率能達(dá)到33.9%，水熱時(shí)間為5h、10h、12h的樣品也在大約380nm處測(cè)得最大光電轉(zhuǎn)化效率值，但是比起水熱時(shí)間為Sh的樣品都有不同程度的降低?？梢娝疅岱磻?yīng)時(shí)間為Sh時(shí)樣品的光電化學(xué)性能最好，Sh為最佳反應(yīng)時(shí)間，與系列樣品的UV-vis漫反射譜圖顯示的信息一致。
[0104]4 結(jié)論
[0105]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(yáng)極樣品。通過控制反應(yīng)時(shí)間制備了一系列的光陽(yáng)極樣品。研究表明，鈦基底上沉積的WO3種子層對(duì)隨后的WO3花狀材料的水熱生長(zhǎng)過程尤為重要，在水熱生長(zhǎng)時(shí)間達(dá)到4.75h時(shí)花狀結(jié)構(gòu)出現(xiàn)，此時(shí)該樣品的XRD譜圖上WO3的特征峰有了很大提高，同時(shí)其光吸收能力也隨之變強(qiáng)，測(cè)得的光生電流密度急劇增大。之后隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，納米花狀結(jié)構(gòu)逐步完善并在Sh達(dá)到最佳，此時(shí)樣品的納米花狀結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)完整、分布均勻。光生電流密度以及光電轉(zhuǎn)化效率也達(dá)到最高。水熱反應(yīng)時(shí)間超過Sh后，系列樣品的納米花狀結(jié)構(gòu)分布越發(fā)密集，過于緊密的納米花狀結(jié)構(gòu)排列，導(dǎo)致樣品的光吸收變?nèi)酰馍娏髅芏纫搽S之降低，光電轉(zhuǎn)化效率也有不同程度的下降。綜上所述，通過水熱法制備的納米花狀WO3薄膜光陽(yáng)極開始產(chǎn)生光電化學(xué)性能的時(shí)間節(jié)點(diǎn)為4.75h，自此之后樣品的光電化學(xué)性能展現(xiàn)出先增加后下降的趨勢(shì)。最佳的水熱反應(yīng)時(shí)間為8h，此時(shí)樣品納米花狀結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)最好，光吸收最強(qiáng)，光生電流密度最大，同時(shí)具有最高的光電轉(zhuǎn)化效率。
[0106]盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種納米花狀WO3薄膜光陽(yáng)極的制備方法，其特征在于:所述方法的具體步驟如下: (1)生長(zhǎng)種子層: 將H2TO4，PVA溶于H2O2 中，每5-1 Oml H2O2 中加入0.3 ?I gH2W04和0.1-0.3gPVA，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； (2)生長(zhǎng)納米花狀WO3: 將WCl6溶于無水乙醇中，每70mL無水乙醇中加入0.5_1.0g WCl6，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(zhǎng)好納米花狀WO3薄膜的Ti片。2.如權(quán)利要求1所述的納米花狀WO3薄膜光陽(yáng)極的制備方法，其特征在于: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。3.如權(quán)利要求1所述的納米花狀WO3薄膜光陽(yáng)極的制備方法，其特征在于:步驟(I)中，所述H2O2的質(zhì)量濃度為30%，每5-10mlH202中加入0.5gH2W04和0.2g PVA。4.如權(quán)利要求1所述的納米花狀WO3薄膜光陽(yáng)極的制備方法，其特征在于:步驟(I)中，超聲處理時(shí)間為15min，攪拌時(shí)間為3h。5.如權(quán)利要求1所述的納米花狀WO3薄膜光陽(yáng)極的制備方法，其特征在于:步驟(I)中，旋涂速度是 500r/min6s+1000r/min30s。6.如權(quán)利要求1所述的納米花狀WO3薄膜光陽(yáng)極的制備方法，其特征在于:步驟(I)中，在500°C下退火2h。7.如權(quán)利要求1所述的納米花狀WO3薄膜光陽(yáng)極的制備方法，其特征在于:步驟(2)中，每70mL無水乙醇中加入0.7931g WC16。8.如權(quán)利要求1所述的納米花狀WO3薄膜光陽(yáng)極的制備方法，其特征在于:步驟(2)中，在100°(:下反應(yīng)811。9.如權(quán)利要求1所述的納米花狀WO3薄膜光陽(yáng)極的制備方法，其特征在于:步驟(2)中，在500°C下燒結(jié)2h。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種納米花狀WO3薄膜光陽(yáng)極的制備方法。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(yáng)極樣品。通過控制反應(yīng)時(shí)間制備了一系列的光陽(yáng)極樣品。研究表明，鈦基底上沉積的WO3種子層對(duì)隨后的WO3花狀材料的水熱生長(zhǎng)過程尤為重要，納米花狀結(jié)構(gòu)逐步完善并在8h達(dá)到最佳，此時(shí)樣品的納米花狀結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)完整、分布均勻。光生電流密度以及光電轉(zhuǎn)化效率也達(dá)到最高。最佳的水熱反應(yīng)時(shí)間為8h，此時(shí)樣品納米花狀結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)最好，光吸收最強(qiáng)，光生電流密度最大，同時(shí)具有最高的光電轉(zhuǎn)化效率。
【IPC分類】B82Y40/00, B82Y30/00, C30B7/10, C30B29/16
【公開號(hào)】CN105714377
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510869047
【發(fā)明人】李衛(wèi)兵, 補(bǔ)鈺煜
【申請(qǐng)人】青島科技大學(xué)
【公開日】2016年6月29日
【申請(qǐng)日】2016年5月13日