薄膜光阳极的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光电极材料技术领域，尤其涉及一种纳米花状WO3薄膜光阳极的制备方法。
【背景技术】
[0002]目前，能源和环境问题已经成为限制我国发展的关键性问题。煤、石油、天然气等不可再生资源的快速消耗，一方面加快了能源危机的到来，另一方面也带来了巨大的环境问题与压力。为了解决能源紧张、环境破坏的一系列问题，实现资源与环境的可持续利用与发展，许多清洁、可持续的能源陆续被人们发现和利用，如太阳能、风能、地热能、潮汐能、核能、生物质能源等，是正在以新技术为基础系统开发和利用的能源。它们都具备资源丰富、可再生、对环境污染少或无污染的特点。而太阳能是一种普遍存在的，辐射量巨大的清洁能源，由于太阳能清洁且资源丰富，被广泛认为是解决人类未来能源和环境问题的关键。
[0003]三氧化钨(WO3)是一种具有六方、立方等多种对称晶型结构的新型的η型半导体材料，因其具有优异的电致变色、气致变色和光致变色等性能而备受关注。尤其是1973年DebS K发现WO3具有光致变色现象以后，WO3在变色玻璃、显示器件等方面的应用越来越广泛，随之对WO3的研究也更加深入，更加具体，WO3材料在光电化学方面也开始展现出巨大的潜力，特别是纳米WO3具有比表面积大，表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应显著等优势，使得它的应用范围不断扩大，不仅可以作为太阳能吸收材料、催化剂材料，还可以作NOx、H2S、H2等气体的气敏感材料。目前，制备纳米WO3的方法主要有物理方法(如气体沉积法、高真空热蒸镀法、脉冲激光沉积法)和化学方法(如阳极电镀法、溶胶-凝胶法和水热法)两种。虽然这些制备纳米WO3的方法都有不同程度的发展，但是大部分还处在研究发展阶段，还不能运用到实际生产中。其中溶胶-凝胶法和水热法在制备纳米WO3方面具有很大的潜力。但是对于溶胶-凝胶法，由于实验原料中所使用的金属醇盐价格昂贵，且影响因素多，工艺不稳定，在干燥过程中容易出现团聚现象等原因，使得溶胶-凝胶法的应用受到了一定的限制。而水热合成法操作简便、经济且实验条件易控制，普通实验室条件就能制备性能优越的WO3样品，使之成为了制备纳米WO3材料的主要研究方法。
【发明内容】
[0004]本发明提供了一种纳米花状WO3薄膜光阳极的制备方法。
[0005]本发明采用如下技术方案:
[0006]本发明的纳米花状WO3薄膜光阳极的制备方法的具体步骤如下:
[0007](I)生长种子层:
[0008]将H2W04，PVA溶于Η2Ο2中，每5-10mlH2O2中加入0.3?Ig !feTOdP0.lUg PVA，超声处理后，搅拌至完全溶解，然后将得到的溶胶旋涂在Ti片表面，干燥至干，然后再次旋涂，循环3次，将涂布好种子溶液的Ti片在400-600°C下退火l_3h，即得到WO3种子层；
[0009](2)生长纳米花状WO3:
[0010]将WCl6溶于无水乙醇中，每70mL无水乙醇中加入0.5-1.0gWCl6,搅拌至完全溶解，得到的透明澄清溶液置于反应釜中，将涂布好WO3种子层的Ti片置于反应釜中，正面朝下垂直依靠在反应釜内壁，之后将反应釜密封在90-110°C下反应2-15h，得到样品，取出后冲洗，干燥，最后在400-600 °C下烧结I _3h，即得到生长好纳米花状WO3薄膜的Ti片。
[0011]步骤(I)中，所述的Ti片使用前进行前处理，具体步骤如下:将Ti片用清洗剂清洗，去除表面油污，之后在水:乙醇:丙酮=1:1:1的混合溶液中超声水洗15min，之后再在去离子水中超声水洗15min，用去离子水冲洗干净后，将Ti片置于稀盐酸溶液中，30?50°C水浴60min，取出后冲洗干净即得处理好的Ti片样品。
[0012]步骤(I)中，所述H2O2的质量浓度为30%，优选每5-10ml H2O2中加入0.5g H2WO4和
0.2g PVA0
[0013]步骤(I)中，超声处理时间为15min，搅拌时间为3h。
[0014]步骤(I)中，旋涂速度是500r/min6s+1000r/min 30s。
[0015]步骤(I)中，优选在500°C下退火2h。
[0016]步骤(2)中，优选每70mL无水乙醇中加入0.7931g WC16。
[0017]步骤(2)中，优选在100°C下反应8h。
[0018]步骤(2)中，优选在500 °C下烧结2h。
[0019]本发明的积极效果如下:
[0020]本发明通过在钛基底表面沉积WO3种子，之后通过水热法制备了纳米花状WO3薄膜光阳极样品。本发明制备的纳米花状结构生长好，无团聚，光吸收强，光生电流密度大，同时具有较高的光电转化效率。
【附图说明】
[0021]图1为HCl刻蚀后的样品的SEM图；
[0022]I为高倍镜下的扫描电镜图，2为低倍镜图。
[0023]图2为涂布了种子层的WO3薄膜样品的SEM图；
[0024]I为高倍镜下的扫描电镜图，2为低倍镜图。
[0025]图3为水热反应2h制备样品的SEM图；
[0026]I为高倍镜下的扫描电镜图，2为低倍镜图。
[0027]图4为水热反应3h制备样品的SEM图；
[0028]I为高倍镜下的扫描电镜图，2为低倍镜图。
[0029]图5为水热反应4h制备样品的SEM图；
[0030]I为高倍镜下的扫描电镜图，2为低倍镜图。
[0031]图6为水热反应4.5h制备样品的SEM图；
[0032]I为高倍镜下的扫描电镜图，2为低倍镜图。
[0033]图7为水热反应4.75h制备样品的SEM图；
[0034]I为高倍镜下的扫描电镜图，2为低倍镜图。
[0035]图8为水热反应5h制备样品的SEM图；
[0036]I为高倍镜下的扫描电镜图，2为低倍镜图。
[0037]图9为水热反应8h制备样品的SEM图；
[0038]I为高倍镜下的扫描电镜图，2为低倍镜图。
[0039]图10为水热反应1h制备样品的SEM图；
[0040]I为高倍镜下的扫描电镜图，2为低倍镜图。
[0041 ]图11为水热反应12h制备样品的SEM图；
[0042]I为高倍镜下的扫描电镜图，2为低倍镜图。
[0043]图12为水热反应15h制备样品的SEM图；
[0044]I为高倍镜下的扫描电镜图，2为低倍镜图。
[0045]图13为Sh纳米花状WO3薄膜的元素分布图；
[0046]其中图a为我们选择做SM的范围，方框内是被选定的做元素分析的区域范围，图b和图c分别为O和W元素在该区域内的分布图。
[0047]图14为纳米花状W03薄膜光阳极系列样品的X射线衍射谱图。
[0048]图15为纳米花状WO3薄膜光阳极系列样品的UV-vis漫反射谱图。
[0049]图16为纳米花状WO3薄膜光阳极系列样品的电流密度-时间曲线测试图。
[0050]图17为纳米花状WO3薄膜光阳极系列样品的线性扫描伏安法的测试图。
[0051]图18为纳米花状WO3薄膜光阳极系列样品的光电转化效率测试图。
【具体实施方式】
[0052]下面的实施例是对本发明的进一步详细描述。
[0053]实施例1
[0054]本发明的纳米花状WO3薄膜光阳极的制备方法的具体步骤如下:
[0055](I