本发明专利技术公开了一种具有光催化性能的钨酸铋纳米薄膜及其制备方法和用途，所述钨酸铋纳米薄膜包括衬底，和生长在所述衬底上由钨酸铋纳米结构构成的钨酸铋纳米层，所述衬底为氟掺杂锡氧化物导电玻璃。所述钨酸铋纳米薄膜的制备方法采用碘化钾和硝酸铋为原料，采用氟掺杂锡氧化物导电玻璃为工作电极，铂片电极作为对电极，银/氯化银电极作为参比电极，经过离子交换、焙烧等步骤得到钨酸铋纳米薄膜。所述钨酸铋纳米薄膜可用于光电化学池光解水制氢。本发明专利技术的钨酸铋纳米薄膜具有大比表面积的一维纳米片的纳米形貌，具有可见光光解水制氢活性。本发明专利技术的制备方法操作过程简单，反应条件温和，反应时间短，操作可控性强。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及用于光电化学池的半导体电极领域，具体为一种钨酸铋纳米薄膜及其 制备方法和用途。
技术介绍
化石燃料的过度使用造成全球气温持续上升（Messinger, J.，Catalysts for Solar Water Splitting. Chem Sus Chem 2009, 2 (I) ,47-48)，寻找新的清洁能源变得迫在 眉睫。在现有的新兴能源中，太阳能作为一种取之不尽的无污染的能源而备受关注。自从 1972年Fujishima和Honda报道了紫外灯照射下TiO 2分解水制氢气以来，科学界对光电催 化方法产生了极大兴趣。光电催化分解水制氢技术，基于太阳能和水这两种可再生物质，没 有副产物，不会污染环境，同时光电催化技术兼顾小规模应用与大规模开发。所以，光电催 化分解水制氢技术是太阳能制氢最具前景的研宄方向。 与传统的二氧化钛等半导体材料相比，钨酸铋（Bi2WO6)是一种间接带隙跃迀 的半导体材料，具有较窄的禁带宽度（2. 75-2. 9eV)，吸收光的波长可延伸到可见光区域 (450nm)，具有良好的化学稳定性。相对于三氧化钨（WO3)来说，其价带位置更加靠近氢 的还原电势，使水分解反应可在更低的偏压下进行（J.C.Hill and K.S. Choi, Synthesis and characterization of high surface area CuW04and Bi2W06electrodes for use as photoanodes for solar water oxidation, Journal of Materials Chemistry A，2013, 1，5006-5014)。目前常用的Bi2WCV薄膜电极材料制备方法有两种：溶胶-凝 胶(L. Zhang, C. Baumanisj L. Robbenj T. Kandiel and D. Bahnemannj Bi2WO6Inverse opals:facile fabrication and efficient visible-light-driven photocatalytic and photoelectrochemical water-splitting activity，Small，2011，7, 2714-2720 ;L Zhang and D. Bahnemannj Synthesis of nanovoid Bi2W062D ordered arrays as photoanodes for photoelectrochemical water splitting，Chem Sus Chem，2013,6,283-290)和离 子交换(C. Ngj A. Iwasej Y. H. Ng and R. Amalj Transforming Anodized WO3Films into Visible-Light-Active BI2WO6Photoelectrodes by Hydrothermal Treatment,The Journal of Physical Chemistry Letters，2012, 3, 913-918) D 基于溶胶-凝胶方法发展 起来的Bi2WCV薄膜方法，可使用模版较少，所制备的薄膜形貌单一。离子交换法由于设备要 求低，操作简单，同时反应条件温和友好，已经广泛用于制备Bi 2WCV薄膜电极材料。但是以 WO3为前驱体的离子交换方法，离子交换温度较高，交换时间较长，同时Bi 2W(V薄膜与基底 钨板间相隔一层WO3，不利于电子的传导。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种用于产品性能优越、工艺简 单、适合于大规模生产的钨酸铋（Bi 2WO6)纳米薄膜及其制备方法和用途。 本专利技术解决其技术问题是通过以下技术方案实现的： 本专利技术一个目的在于公开了一种具有光催化性能的Bi2WOf^米薄膜，包括生长在 衬底上由扮 2106纳米结构构成的Bi2WO6纳米薄膜层，所述衬底为氟掺杂锡氧化物（FTO)的 导电玻璃，所述Bi 2WO6纳米结构呈Bi 2W06纳米片（状），所述Bi 2W06纳米片垂直生长于衬 底FTO导电玻璃上，所述Bi2W0 6m米片的厚度为15-60nm，所述Bi 2W06纳米薄膜层的厚度为 1500_3000nm。 本专利技术的另一个目的在于公开了一种具有光催化性能的Bi2W06m米薄膜的制备 方法，包括如下步骤： (1)将碘化钾粉末和硝酸铋粉末加入到去离子水中，用浓硝酸调节PH，配制得到 浓度为〇. 02-0. 06m〇L/L，pH = 1. 5-1. 9的碘氧铋纳米片前驱体溶液； (2)采用标准三电极装置进行阴极电沉积步骤。将FTO导电玻璃作为工作电极，铂 片电极作为对电极，银/氯化银电极作为参比电极。在-〇. 2至-0. 05V (相对于银/氯化银 电极）电压下沉积l_30min，得到FTO上的碘氧铋纳米片薄膜； (3)将钨酸钠粉末加入到去离子水中，配制得到浓度为0. 05-0. 2moL/L的钨酸钠 水溶液。将钨酸钠水溶液与步骤（2)得到的带有碘氧铋纳米片薄膜的FTO导电玻璃同时放 入晶化釜中，在100-140°C水热温度下进行离子交换反应2-12h。最后在500-600°C下的空 气气氛中进行焙烧l_3h，得到钨酸铋纳米薄膜。 步骤（1)中所述浓硝酸的体积份数为65-68%，硝酸的水溶液。 步骤⑵中所述的FTO导电玻璃在进行阴极电沉积过程前，需分别在丙酮、乙醇、 去离子水中超声清洗l〇min。 步骤（2)中所述碘氧祕纳米片，其厚度为30-70nm，所述纳米薄膜层的厚度为 2000-3000nm〇 本专利技术的再一个目的在于公开了一种Bi2WO6纳米薄膜在光电化学电解水制氢 中的应用，例如利用光电化学池光解水制氢中的应用，试验表明，具有一维纳米片形貌的 Bi2WV薄膜电极的光电流密度为5-40 μ A/cm2，具有可见光光解水制氢活性。 本专利技术的有益效果是： 本专利技术的Bi2W06m米薄膜具有大比表面积的一维纳米片的纳米形貌，为光生电子 和空穴提供直接顺畅的传输路径，可以有效地促进电子传递到材料的界面中（固固或者液 固）。相比于其他半导体材料，如三氧化钨，可以使水的氧化还原反应发生在相对低的电流 强度和低的过电势中。 本专利技术的Bi2WO6纳米薄膜的制备方法操作过程简单，反应条件更温和，反应时间 更短，无需大型仪器设备，经济可行。同时其制备过程可控性强，光电催化性能优越，具有一 定的工业价值。 本专利技术的Bi2W06m米薄膜能够作为一种高效的光电阳极材料，可用于光电化学池 光解水制氢，能高效的将太阳能转化为清洁能源，有效缓解当今化石燃料短缺、环境污染严 重的问题。【附图说明】 图1是实施例1中Bi2WO6纳米薄膜的X衍射图谱，其中三角形峰对应FT0。 图2是实施例1中Bi2WO6纳米薄膜的扫描电子显微镜图（标尺为5um)。 图3是实施例1中Bi2WO6纳米薄膜的扫描电子显微镜图（标尺为Ium)。 图4是模拟太阳光照射下，实施例1、6、7中制备的Bi2WOf^米薄膜的光电流-电 位曲线图。【具体实施方式本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有光催化性能的钨酸铋纳米薄膜，其特征在于，包括衬底，和生长在所述衬底上由钨酸铋纳米结构构成的钨酸铋纳米薄膜层，所述衬底为氟掺杂锡氧化物导电玻璃，所述钨酸铋纳米结构呈纳米片状，形成钨酸铋纳米片，所述钨酸铋纳米片垂直生长于衬底氟掺杂锡氧化物导电玻璃上。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：巩金龙，张冀杰，王拓，张鹏，常晓侠，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12
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