異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米片陣列薄膜的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于無(wú)機(jī)納米光電材料的合成技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種C11WO4/WO3異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米片陣列薄膜的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著世界人口的增多和人們對(duì)物質(zhì)的要求越來(lái)越高，人類(lèi)對(duì)能源的依賴(lài)程度和需求量迅速增加，導(dǎo)致了地球上化石燃料儲(chǔ)存量的劇烈下降，并產(chǎn)生了嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。尋找一種新的清潔能源是各國(guó)政府和科學(xué)家們所追求和關(guān)注的目標(biāo)。在這些新興能源中，太陽(yáng)能作為取之不盡的無(wú)污染能源備受關(guān)注。
[0003]1972年日本學(xué)者Fujishima和Honda采用單晶n-Ti02進(jìn)行太陽(yáng)能光催化分解水制氫的成功，揭開(kāi)了半導(dǎo)體光催化研究的序幕，也使人們認(rèn)識(shí)到太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能和化學(xué)能的應(yīng)用前景。光電化學(xué)分解水制氫技術(shù)，基于太陽(yáng)能和水兩種可再生物質(zhì)，沒(méi)有副產(chǎn)物，不會(huì)污染環(huán)境，同時(shí)光電化學(xué)分解水技術(shù)兼顧小規(guī)模應(yīng)用與大規(guī)模開(kāi)發(fā)，是太陽(yáng)能制氫最具吸引力的途徑之一。
[0004]WO3是一種間接帶隙躍迀的半導(dǎo)體材料，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，是少數(shù)自身具有抗光腐蝕能力的η-型半導(dǎo)體材料之一。W03的帶隙寬度為?2.65eV，吸收光的波長(zhǎng)可延伸至可見(jiàn)光區(qū)域(?470nm)，是一種理想的光電化學(xué)分解水的光陽(yáng)極材料。WO3納米顆粒薄膜由于存在大量晶界，不利于光生電荷的傳輸;WO3納米片陣列由于具有準(zhǔn)直的電子傳輸通道，利用光生電荷的傳輸。為了提高WO3光陽(yáng)極光生電荷的分離效率，與其他能帶匹配的半導(dǎo)體(如CuWO4)形成異質(zhì)結(jié)是一種有效的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是提供了一種操作簡(jiǎn)單、成本低廉且環(huán)境友好的CuW04/W03異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米片陣列薄膜的制備方法。
[0006]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用如下技術(shù)方案，一種CuWOVWO3異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米片陣列薄膜的制備方法，其特征在于具體步驟為:
(1)將0.2-0.4g仲鎢酸銨水合物分散到水和乙醇的混合溶劑中，再加入l_2mL質(zhì)量濃度為37%的濃鹽酸和l-2mL質(zhì)量濃度為35%的雙氧水，攪拌混合均勻后制得WO3前驅(qū)物溶液；
(2)將步驟(I)所得的WO3前驅(qū)物溶液轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜中，并將FTO導(dǎo)電面朝下放入水熱反應(yīng)釜中，將FTO導(dǎo)電面朝下于140-180°C水熱反應(yīng)2-6h，反應(yīng)結(jié)束后隨爐冷卻至室溫，取出FTO沖洗后室溫干燥，然后置于馬弗爐中于500°C退火2h制得WO3納米片陣列；
(3)將步驟(2)所得的WO3納米片陣列垂直浸入二價(jià)銅鹽的乙醇溶液中反應(yīng)0.5-2h后取出，其中二價(jià)銅鹽的乙醇溶液中Cu2+的摩爾濃度為30-70mmol/L，室溫干燥后置于馬弗爐中于500°C退火2h制得CuWOVWO3異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米片陣列薄膜。
[0007]進(jìn)一步優(yōu)選，步驟(I)所述的水和乙醇的混合溶劑中水與乙醇的體積比為1:4?4:1o
[0008]進(jìn)一步優(yōu)選，步驟(3)所述的二價(jià)銅鹽為CuS04、Cu(N03)2或Cu(CH3COO)2。
[0009]本發(fā)明制得的CuW04/W03異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米片陣列薄膜具有較高的比表面積和準(zhǔn)直的電子傳輸通道，利于對(duì)入射光的捕獲和光電荷的傳輸;C11WO4/WO3異質(zhì)結(jié)構(gòu)還利于光生電荷的分離，因此作為光電化學(xué)分解水的光陽(yáng)極將表現(xiàn)出優(yōu)異的性質(zhì)。另外，水熱法結(jié)合溶液浸泡的方法制備CuW04/W03操作簡(jiǎn)單、成本低廉且環(huán)境友好，利于推廣和應(yīng)用。
【具體實(shí)施方式】
[0010]以下通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的上述內(nèi)容做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但不應(yīng)該將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實(shí)施例，凡基于本發(fā)明上述內(nèi)容實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。
[0011]實(shí)施例1
(1)將0.2g仲鎢酸銨水合物H42N1Q042W12.XH2O(HMT)分散到水和乙醇的混合溶劑中，其中水和乙醇的體積比為4:1，再加入ImL質(zhì)量濃度為37%的濃鹽酸和ImL質(zhì)量濃度為35%的雙氧水，攪拌混合均勻后制得WO3前驅(qū)物溶液；
(2)將步驟(I)所得的WO3前驅(qū)物溶液液轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜中，并將FTO導(dǎo)電面朝下放入該水熱反應(yīng)釜內(nèi)，將其導(dǎo)電面朝下于140°C反應(yīng)2小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后隨爐冷卻至室溫，取出FT0，沖洗后室溫干燥，并在馬弗爐中于500°C退火2小時(shí)制得WO3納米片陣列；
(3)將步驟(2)所得的WO3納米片陣列垂直浸入摩爾濃度為30mmol/L的CuSO4的乙醇溶液中，反應(yīng)0.5小時(shí)后取出，室溫干燥后置于馬弗爐中于500°C退火2小時(shí)制得CuW04/W03異質(zhì)結(jié)納米片陣列薄膜。
[0012]實(shí)施例2
(1)將0.3g仲鎢酸銨水合物H42N1Q042W12.XH2O(HMT)分散到水和乙醇的混合溶劑中，其中水和乙醇的體積比為1:1，再加入ImL質(zhì)量濃度為37%的濃鹽酸和ImL質(zhì)量濃度為35%的雙氧水，攪拌混合均勻后制得WO3前驅(qū)物溶液；
(2)將步驟(I)所得的WO3前驅(qū)物溶液轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜中，并將FTO導(dǎo)電面朝下放入該水熱反應(yīng)釜內(nèi)，將其導(dǎo)電面朝下于160°C反應(yīng)4小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后隨爐冷卻至室溫，取出FTO，沖洗后室溫干燥，并在馬弗爐中于500°C退火2小時(shí)制得WO3納米片陣列；
(3)將步驟(2)得到的WO3納米片陣列垂直浸入摩爾濃度為50mmol/L的Cu(CH3COO)2的乙醇溶液中，反應(yīng)I小時(shí)后取出，室溫干燥后置于馬弗爐中于500°C退火2小時(shí)制得CuW04/W03異質(zhì)結(jié)納米片陣列薄膜。
[0013]實(shí)施例3
(1)將0.4g仲鎢酸銨水合物H42N1Q042W12.XH2O(HMT)分散到水和乙醇的混合溶劑中，其中水和乙醇的體積比為4:1，再加入2mL質(zhì)量濃度為37%的濃鹽酸和2mL質(zhì)量濃度為35%的雙氧水，攪拌混合均勻后制得WO3前驅(qū)物溶液；
(2)將步驟(I)所得的WO3前驅(qū)物溶液轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜中，并將FTO導(dǎo)電面朝下放入該水熱反應(yīng)釜內(nèi)，將其導(dǎo)電面朝下于180°C反應(yīng)6小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后隨爐冷卻至室溫，取出FT0，沖洗后室溫干燥，并在馬弗爐中500°C退火2小時(shí)制得WO3納米片陣列；
(3)將步驟(2)所得的WO3納米片陣列垂直浸入摩爾濃度為70mmol/L的Cu(N03)2的乙醇溶液中，反應(yīng)2小時(shí)后取出，室溫干燥后置于馬弗爐中于500°C退火2小時(shí)制得CuW04/W03異質(zhì)結(jié)納米片陣列薄膜。
[0014]以上實(shí)施例描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征及優(yōu)點(diǎn)，本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明原理的范圍下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)均落入本發(fā)明保護(hù)的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種C11WO4/WO3異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米片陣列薄膜的制備方法，其特征在于具體步驟為: (1)將0.2-0.4g仲鎢酸銨水合物分散到水和乙醇的混合溶劑中，再加入l_2mL質(zhì)量濃度為37%的濃鹽酸和l-2mL質(zhì)量濃度為35%的雙氧水，攪拌混合均勻后制得WO3前驅(qū)物溶液； (2)將步驟(I)所得的WO3前驅(qū)物溶液轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜中，并將FTO導(dǎo)電面朝下放入水熱反應(yīng)釜中，將FTO導(dǎo)電面朝下于140-180°C水熱反應(yīng)2-6h，反應(yīng)結(jié)束后隨爐冷卻至室溫，取出FTO沖洗后室溫干燥，然后置于馬弗爐中于500°C退火2h制得WO3納米片陣列； (3)將步驟(2)所得的WO3納米片陣列垂直浸入二價(jià)銅鹽的乙醇溶液中反應(yīng)0.5-2h后取出，其中二價(jià)銅鹽的乙醇溶液中Cu2+的摩爾濃度為30-70mmol/L，室溫干燥后置于馬弗爐中于500°C退火2h制得CuWOVWO3異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米片陣列薄膜。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CuW04/W03異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米片陣列薄膜的制備方法，其特征在于:步驟(I)所述的水和乙醇的混合溶劑中水與乙醇的體積比為1:4?4:1。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CuW04/W03異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米片陣列薄膜的制備方法，其特征在于:步驟(3)所述的二價(jià)銅鹽為 CuS04、Cu(N03)2 或 Cu(CH3COO)2t3
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種CuWO4/WO3異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米片陣列薄膜的制備方法，具體步驟為：仲鎢酸銨水合物的水和乙醇溶液中加入濃鹽酸和雙氧水，攪拌混合均勻后制得WO3前驅(qū)物溶液；水熱反應(yīng)制備WO3納米片陣列；WO3納米片陣列在二價(jià)銅鹽的乙醇溶液中浸泡，再退火得到CuWO4/WO3異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米片陣列薄膜。本發(fā)明得到的產(chǎn)品中WO3納米片垂直于FTO生長(zhǎng)，CuWO4納米顆粒緊緊結(jié)合在WO3納米片表面，CuWO4的導(dǎo)帶位置與WO3相比更負(fù)，當(dāng)光照射到薄膜電極上，利于光生電荷的分離，作為光電化學(xué)分解水的光陽(yáng)極，可以提高分解水的效率。
【IPC分類(lèi)】C25B9/04, C25B11/02, C25B1/04, C25B11/04
【公開(kāi)號(hào)】CN105568314
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510959603
【發(fā)明人】徐芳, 梅晶晶, 陳會(huì)敏, 白丹丹, 蔣凱, 武大鵬, 高志勇
【申請(qǐng)人】河南師范大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年5月11日
【申請(qǐng)日】2015年12月21日