本发明专利技术涉及光电极材料技术领域，提供了一种WO3/MnWO4/CoWO4光电极材料及其制备方法和应用。本发明专利技术提供的光电极材料的制备方法，包括以下步骤：将乙酸锰、乙酸钴和水混合，得到金属盐混合液；将WO3薄膜浸没在所述金属盐混合液中进行原位水热反应，得到负载混合金属盐的WO3薄膜；所述WO3薄膜包括基底和负载于所述基底表面的WO3纳米板颗粒；将所述负载混合金属盐的WO3薄膜依次进行洗涤、干燥和煅烧，得到WO3/MnWO4/CoWO4光电极材料。本发明专利技术制得的WO3/MnWO4/CoWO4光电极材料能够同时实现载流子的有效分离以及界面电荷的快速注入，极大地提高了MnWO4电极的水氧化活性。电极的水氧化活性。电极的水氧化活性。
【技术实现步骤摘要】
一种三氧化钨/钨酸锰/钨酸钴光电极材料及其制备方法和应用
[0001]本专利技术涉及光电极材料
，尤其涉及一种WO3/MnWO4/CoWO4光电极材料及其制备方法和应用。
技术介绍
[0002]传统化石能源的大量使用导致大气中CO2含量增加，这就要求开发更为清洁的能源来逐渐取代化石能源。半导体光电催化技术能够利用太阳能来实现氢气的生产，为清洁能源的产生提供了有效途径。光电催化技术的原理是利用光激发半导体材料产生电子
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空穴对，在少量外加偏压的作用下，电子和空穴实现有效分离。分离后的电子与溶液中的氢离子发生还原反应生成氢气，而空穴则氧化水分子产生氧气。相比于两电子反应产氢(即2H
+
+2e＝H2，2个H
+
得到2个电子形成氢气)，四电子参与的空穴氧化反应产氢(即4e+4H2O＝2H2+4OH
‑
,4OH
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＝2H2O+O2+4e)在动力学上反应更慢。因此，缓慢的水氧化反应阻碍了半导体光电催化技术的实际应用。
[0003]MnWO4的带隙约2.68eV，近来有研究显示MnWO4可以用于光催化分解有机污染物或制氢(CdS decorated MnWO
4 nanorods nanoheterostructures:a new 0D
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1D hybrid system for enhanced photocatalytic hydrogen under natural sunlight，YA Sethi，Nanoscale Advances，2021/01/01)。然而，MnWO4应用于光电催化领域还未见报道。此外，单纯的MnWO4的光催化活性仍然较差，这是因为MnWO4的光生电子和空穴对复合较快，而界面电荷转移较慢。因此，MnWO4的光催化活性需要进一步提高才能进行实际应用。
[0004]通过两种半导体组合构建纳米异质结是促进半导体载流子分离的有效途径，但是两个半导体之间界面的质量对光生载流子的分离影响很大。例如，如果两个半导体界面晶格不匹配，导致界面阻力增加，载流子就难以在界面进行有效分离。因此，简单地耦合两种半导体组合并不一定能提高半导体的光电催化活性。另外，如果载流子分离后不能有效的转移至溶液中，也会导致载流子的最终复合。因此，半导体改性不仅要促进载流子分离，还要加速载流子在电极/电解质界面的电荷转移。但是，传统的异质结界面往往难以同时实现载流子的有效分离以及界面电荷的快速注入。
技术实现思路
[0005]针对以上问题，本专利技术的目的在于提供一种WO3/MnWO4/CoWO4光电极材料及其制备方法和应用，本专利技术制得的WO3/MnWO4/CoWO4光电极材料能够同时实现载流子的有效分离以及界面电荷的快速注入，极大地提高了MnWO4电极的水氧化活性。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种WO3/MnWO4/CoWO4光电极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008](1)将乙酸锰、乙酸钴和水混合，得到金属盐混合液；
[0009](2)将WO3薄膜浸没在所述金属盐混合液中进行原位水热反应，得到负载混合金属
盐的WO3薄膜；所述WO3薄膜包括基底和负载于所述基底表面的WO3纳米板颗粒；
[0010](3)将所述负载混合金属盐的WO3薄膜依次进行洗涤、干燥和煅烧，得到WO3/MnWO4/CoWO4光电极材料。
[0011]优选的，所述乙酸锰和乙酸钴的摩尔比为50～100:1；所述金属盐混合溶液中乙酸锰的浓度为0.05～0.2mol/L，乙酸钴的浓度为1～50mmol/L。
[0012]优选的，所述原位水热反应的温度为100～140℃，时间为1～10h。
[0013]优选的，所述煅烧的温度为400～800℃，煅烧的时间为1～8h，所述煅烧在空气中进行。
[0014]优选的，升温至所述煅烧的温度的升温速率为1～5℃/min。
[0015]优选的，所述煅烧后，还包括将所得煅烧产物在无机酸溶液中浸泡，所述浸泡的时间为40～120min。
[0016]本专利技术还提供了上述技术方案所述制备方法制得的WO3/MnWO4/CoWO4光电极材料，所述WO3/MnWO4/CoWO4光电极材料包含WO3/MnWO4/CoWO4半导体异质结结构。
[0017]本专利技术还提供了上述技术方案所述的WO3/MnWO4/CoWO4光电极材料在光电催化水分解领域中的应用。
[0018]本专利技术提供了一种WO3/MnWO4/CoWO4光电极材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将乙酸锰、乙酸钴和水混合，得到金属盐混合液；(2)将WO3薄膜浸没在所述金属盐混合液中进行原位水热反应，得到负载混合金属盐的WO3薄膜；所述WO3薄膜包括基底和负载于所述基底表面的WO3纳米板颗粒；(3)将所述负载混合金属盐的WO3薄膜依次进行洗涤、干燥和煅烧，得到WO3/MnWO4/CoWO4光电极材料。本专利技术首先通过原位水热反应，将乙酸锰和乙酸钴纳米片均匀分散且牢牢锚定在WO3纳米板表面，随后通过煅烧使乙酸锰、乙酸钴和WO3发生固相反应，部分WO3转化为MnWO4和CoWO4，最终得到WO3/MnWO4/CoWO4复合光电极材料，由于MnWO4和CoWO4共用WO3作为反应的模板剂，生成的MnWO4和CoWO4共享WO
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离子，使二者界面更好的匹配，能够实现光生电荷的高效分离。同时，WO3和MnWO4二者之间也存在异质结，也能促进MnWO4光生载流子的分离。在本专利技术制备得到的WO3/MnWO4/CoWO4光电极材料中，CoWO4可以充当半导体材料，与MnWO4形成半导体异质结结构，加速载流子的分离；同时，CoWO4还可以充当水氧化反应的助催化剂，加速分离后光生空穴的界面水氧化活性，加速界面电荷转移。因此，WO3/MnWO4/CoWO4光电极材料可实现载流子分离和界面电荷转移的同步提升，极大地提高了MnWO4电极的水氧化活性。
附图说明
[0019]图1为实施例1制备的WO3薄膜的扫描电镜图；
[0020]图2为对比例1制备的WO3/MnWO4和实施例1制备的WO3/MnWO4/CoWO4光电极材料的紫外可见吸收光谱图；
[0021]图3为实施例1中得到的负载混合金属盐的WO3薄膜的扫描电镜图；
[0022]图4为实施例1中制备的WO3/MnWO4/CoWO4光电极材料的扫描电镜图；
[0023]图5为对比例2制备的WO3/MnWO4与实施例2制备的WO3/MnWO4/CoWO4光电极材料在间隙太阳光照射下的电流
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时间曲线图；
[0024]图6为对比例3制备的WO3/MnWO4与实施例3制备的WO3/MnWO4/CoWO4光电极材料在不
同电位下的载流子分离效率；
[0025]图7为对比例3制备的W本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种WO3/MnWO4/CoWO4光电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将乙酸锰、乙酸钴和水混合，得到金属盐混合液；(2)将WO3薄膜浸没在所述金属盐混合液中进行原位水热反应，得到负载混合金属盐的WO3薄膜；所述WO3薄膜包括基底和负载于所述基底表面的WO3纳米板颗粒；(3)将所述负载混合金属盐的WO3薄膜依次进行洗涤、干燥和煅烧，得到WO3/MnWO4/CoWO4光电极材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述乙酸锰和乙酸钴的摩尔比为50～100:1；所述金属盐混合溶液中乙酸锰的浓度为0.05～0.2mol/L，乙酸钴的浓度为1～50mmol/L。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述原位水热反应的温度为100...
【专利技术属性】
技术研发人员：熊贤强，张晓，梅优阳，韩得满，武承林，吴琛琦，
申请(专利权)人：台州市生物医化产业研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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