本发明专利技术公开了一种具有光催化性能的三氧化钨纳米薄膜及其制备方法，三氧化钨纳米薄膜在WO3晶种层上生长有WO3纳米结构构成的WO3纳米层，WO3纳米结构由中间主干片和纳米柱构成二维飞碟状。三氧化钨纳米薄膜的制备方法包括制备钨酸晶种层前驱体溶液，制备带有晶种层的FTO导电玻璃，制备钨酸溶剂热前驱体溶液，以及最后通过水热合成得到三氧化钨纳米薄膜四个步骤。本发明专利技术有效的增大了WO3纳米层的比表面积；提高了光解水的效率，光电化学池光解水性能优越，具有良好的化学稳定性，并且制备方法简单，可实现低成本、大规模的应用。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，三氧化钨纳米薄膜在WO3晶种层上生长有WO3纳米结构构成的WO3纳米层，WO3纳米结构由中间主干片和纳米柱构成二维飞碟状。三氧化钨纳米薄膜的制备方法包括制备钨酸晶种层前驱体溶液，制备带有晶种层的FTO导电玻璃，制备钨酸溶剂热前驱体溶液，以及最后通过水热合成得到三氧化钨纳米薄膜四个步骤。本专利技术有效的增大了WO3纳米层的比表面积；提高了光解水的效率，光电化学池光解水性能优越，具有良好的化学稳定性，并且制备方法简单，可实现低成本、大规模的应用。【专利说明】
本专利技术涉及用于光电化学池的半导体电极领域，具体的说，是涉及一种三氧化钨纳米薄膜及其制备方法。
技术介绍
化石燃料的过度使用已经使全球气温持续上涨。1寻找一种新的清洁能源变得迫在眉睫。在这些新兴能源中，太阳能作为取之不尽的无污染能源而备受关注。自从1972年，Fujishima和Honda报道了紫外灯照射下，TiO2分解水制氢气后，科学界对光电催化方法产生了极大兴趣。光电催化(PEC)分解水制氢技术，基于太阳能和水两种可再生物质，没有副产物，不会污染环境，同时PEC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吸引力的研究途径。与传统的二氧化钛等半导体材料相比，WO3是一种间接带隙跃迁的半导体材料，具有较窄的禁带宽度(2.65eV)，吸收光的波长可延伸到可见光区域(470nm)，具有良好的化学稳定性，是少数自身具有抗光腐蚀能力的η-型半导体材料之一。目前常用的WO3薄膜电极材料制备方法有:原子层沉积法2，化学气相沉积3，电沉积4，水热及溶剂热5等。基于原子层沉积、化学气相沉等方法发展起来的WO3薄膜方法设备要求较高，制备工艺复杂，成本高，且无法制备大面积的膜。水热法由于设备要求低，操作简单，已经广泛用于制备WO3纳米棒6、纳米线7等一维形貌材料。但是一维形貌也有其不足之处，比表面积不够大，使得接受光照的面积不足；单一的生长方向，不利于光生电子和空穴的分离。1.Messingerj J., Catalysts for Solar Water Splitting.ChemSusChem2009，2 (I)，47-48.2.1V，C.L D.;El-Kadrij 0.M.; 1 gyi, 1.M.S.;Campbell, J.M.;Arstilaj K.;Niinisto，L ;Winter，C.H.，Atomic Layer Deposition of Tungsten(III)Oxide Thin Filmsfrom W2 (NMe2)6and Water Precursor-Based Control of Oxidation State in the ThinFilm Material.Journal of the American Chemical Society2006，128(30)，9638.3.Chakrapanij V.; Thangalaj J.; Sunkaraj M.K.，W03and W2N nanowire arraysfor photoelectrochemical hydrogen production.1nternational Journal of HydrogenEnergy2009,34 (22)，9050-9059.4.Baeckl，S.-H.;Choi3，K._S.; Jaramillolj T.F.; Stucky2, G.D.; McFarland, E.W.，Enhancement of Photocatalytic and Electrochromic Properties ofElectrochemical Iy Fabricated Mesoporous W03Thin Fi1ms.AdvancedMaterials2003, 15(15)，1269.5.Yang, J.; Li, W.; Li, J.;Sun，D.; Chen, Q., Hydrothermal synthesisand photoelectrochemical properties of verticalIy aligned tungstentrioxide (hydrate)piate-1ike arrays fabricated directly on FTO substrates.Journal of Materials Chemistry2012, 22(34), 17744.6.Kalanur, S.S.;Hwang, Y.J.;Chae, S.Y.; Joo, 0.S., Facile growth of alignedW03nanorods on FTO substrate for enhanced photoanodic water oxidation activity.Journal of Materials Chemistry A2013, I(10), 3479.7.Su, J.; Feng, X.; Sloppy, J.D.; Guo, L.;Grimes, C.A., Verticallyaligned WO(3)nanowire arrays grown directly on transparent conductingoxide coated glass: synthesis and photoelectrochemical properties.Nanoletters2011, 11(1), 203-8.
技术实现思路
本专利技术要解决的是传统一维三氧化钨薄膜比表面积较小，吸收光能较少的技术问题，提供一种三氧化钨纳米薄膜及其制备方法，有效地增大了薄膜材料的比表面积，充分吸收光能，增加光生电流，光电化学池光解水性能优越，具有良好的化学稳定性，同时其制备方法简单，可实现低成本、大规模应用。为了解决上述技术问题，本专利技术通过以下的技术方案予以实现:一种具有光催化性能的三氧化钨纳米薄膜，包括生长在衬底上的WO3晶种层，所述WO3晶种层上生长有WO3纳米结构构成的WO3纳米层；所述衬底为FTO导电玻璃；所述WO3纳米结构由中间主干片和纳米柱构成二维飞碟状，所述中间主干片垂直生长于所述WO3晶种层，所述纳米柱垂直生长于所述中间主干片的两面，并在所述中间主干片上呈中间高两边低的形态； 所述WO3纳米层的厚度为1000-2000nm，所述中间主干片的厚度为50_100nm，所述纳米柱的高度为200-600nm。所述TO3晶种层的厚度为300_400nm。一种具有光催化性能的三氧化钨纳米薄膜的制备方法，该方法按照以下步骤进行:(I)将H2WO4粉末、聚乙烯醇粉末加入到双氧水中，水浴搅拌，得到浓度为0.1-0.3moL/L的钨酸晶种层前驱体溶液，其中聚乙烯醇粉末为分散剂；(2)用旋转涂覆仪将步骤(1)得到的钨酸晶种层前驱体溶液均匀涂覆到FTO导电玻璃上，在400-600°C下的空气气氛中进行焙烧l_3h，得带有晶种层的FTO导电玻璃；(3)将H2WO4粉末加入到双氧水与去离子水的混合溶液中，水浴搅拌，得到浓度为0.04-0.06moL/L的钨酸溶剂热本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有光催化性能的三氧化钨纳米薄膜，包括生长在衬底上的WO3晶种层，其特征在于，所述WO3晶种层上生长有WO3纳米结构构成的WO3纳米层；所述衬底为FTO导电玻璃；所述WO3纳米结构由中间主干片和纳米柱构成二维飞碟状，所述中间主干片垂直生长于所述WO3晶种层，所述纳米柱垂直生长于所述中间主干片的两面，并在所述中间主干片上呈中间高两边低的形态；所述WO3纳米层的厚度为1000?2000nm，所述中间主干片的厚度为50?100nm，所述纳米柱的高度为200?600nm。
【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，李长江，常晓侠，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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