一種表面修飾銪的三氧化鎢光電極及制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種表面修飾銪的三氧化鎢光電極及制備方法。本發明的特點是以電沉積的方法得到無定形的氧化鎢薄膜為基體，通過滴加法將銪均勻滴加于氧化鎢薄膜表面，然后在一定溫度下煅燒，得到一種銪表面修飾的三氧化鎢光電極。本發明的光電性能顯著提高，而且實驗設備簡單，操作簡便，條件溫和，且具有環境友好等優點。
【專利說明】—種表面修飾錯的三氧化銘光電極及制備方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及表面修飾銪的三氧化鎢光電極及制備方法，屬于無機光電材料制備工藝【技術領域】。
【背景技術】
[0002]三氧化鎢是一種間接帶隙n型半導體，其禁帶寬度為2.5~2.7eV，具有穩定的光電性能，是重要的光電響應半導體材料。
[0003]三氧化鎢的傳統制備方法有水熱法，化學氣相沉積法，溶膠-凝膠法等。這些方法普遍存在要求高，設備復雜和條件嚴格等缺點，不利于普遍應用。
[0004]另外，三氧化鎢雖然是一種重要的半導體材料，但其導帶位置低于氫還原電勢，且電子空穴容易復合，限制了它的光電性能，從而限制了其在現實生活中的應用。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于針對現有技術的缺點和不足，提供一種表面修飾銪的三氧化鎢光電極及制備方法。本發明通過在三氧化鎢表面修飾銪，來改變其導帶電子的傳遞作用，以提高其光電性能。本發明采用電 化學方法制備三氧化鎢薄膜，設備簡單，操作方便，條件溫和，且重現性高。
[0006]表面修飾銪的三氧化鎢光電極，
1)所述的光電極中銪與鎢的原子質量比為1:99-30:70 ；
2)所述的光電極的組成顆粒變小；
3)所述的光電極的的發光強度隨銪修飾量增加而加強；
4)所述的光電極的帶隙隨銪修飾量增加而變寬；
5)所述的光電極的光電流比純三氧化鎢光電極增加7-10倍。
[0007]一種表面修飾銪的三氧化鎢光電極的制備方法，包括如下步驟:
1)無定形氧化鎢薄膜的制備:在Na2WO4溶液中加入H2O2，得到含W20n2_的澄清電解液；然后進行電沉積，得到無定形氧化鎢薄膜；
2)滴加法表面修飾銪:將硝酸銪溶液逐滴滴加到步驟I)得到的無定形氧化鎢薄膜表面，晾干，得到表面修飾銪的氧化鎢薄膜；
3)煅燒:將步驟2)得到的表面修飾銪的氧化鎢薄膜在450°C下高溫煅燒3h，冷卻至室溫后取出，得到表面修飾銪的三氧化鎢光電極。
[0008]所述的步驟I)具體如下:
將0.0025mol的Na2WO4溶于50mL的去離子水，加入0.25~1.0OmL質量百分比濃度為30%的H2O2溶液，再加入30mL的乙二醇，攪拌得到含W20n2_溶液后用稀硝酸調節pH值為1.9~2.0，加去離子水至IOOmL,得到澄清的電解液；以ITO導電玻璃為工作電極，鉬片電極為對電極，飽和甘汞電極為參比電極，置于電解液中進行電沉積，水浴恒溫25°C，施加電壓為-0.6V，沉積電荷為6.0C，得到無定形氧化鎢薄膜；用去離子水沖洗后晾干，備用。[0009]所述的步驟2)中硝酸銪溶液的濃度為0.02mol/L~0.04mol/L。
[0010]本發明的有益效果:
銪的表面修飾顯著提高了三氧化鎢的光電性能，提高了其對光能的利用率，環保節能，顯著拓展了三氧化鎢的應用范圍；而且方法簡單，成本低廉有望進行工業化規模應用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1為實施例1、2、3所得表面修飾銪的三氧化鎢與純三氧化鎢的X射線衍射圖譜；
圖2為實施例1、2、3所得表面修飾銪的三氧化鎢與純三氧化鎢的熒光發射光譜(394nm激發);
圖3為實施例1、2、3所得表面修飾銪的三氧化鎢與純三氧化鎢的光照-暗態切換下的電流密度-電壓圖。
【具體實施方式】
[0012]以下結合附圖和實施例對本發明做進一步的說明。
[0013]實施例1
1)無定形氧化物薄膜的制備:將0.0025mol的Na2WO4溶于50mL的去離子水,加入0.25質量百分比濃度為30%的H2O2溶液，再加入30mL的乙二醇，攪拌得到含W20n2_溶液后用稀硝酸調節PH值為1.9，加去離子水至IOOmL,得到澄清的電解液，以ITO導電玻璃為工作電極，鉬片電極為對電極，飽和甘汞電極為參比電極，置于電解液中進行電沉積，施加電壓為-0.6V，沉積電荷為6.0C，得到無定形氧化鎢薄膜。用去離子水沖洗后晾干，備用；
2)滴加法表面修飾銪:將0.05mL0.02mol/L的硝酸銪溶液逐滴滴加到步驟I)得到的無定形氧化鎢薄膜表面，晾干，得到表面修飾銪的氧化物薄膜；
3)煅燒:將步驟2)得到的銪表面修飾氧化鎢薄膜置于馬弗爐中，在450°C下高溫煅燒3h，冷卻至室溫后取出，得到銪表面修飾的三氧化鎢光電極。
[0014]實施例2
1)無定形氧化物薄膜的制備:將0.0025mol的Na2WO4溶于50mL的去離子水，加入0.60mL質量百分比濃度為30%的H2O2溶液，再加入30mL的乙二醇，攪拌得到含W20n2_溶液后用稀硝酸調節PH值為1.95，加去離子水至IOOmL,得到澄清的電解液，以ITO導電玻璃為工作電極，鉬片電極為對電極，飽和甘汞電極為參比電極，置于電解液中進行電沉積，施加電壓為-0.6V，沉積電荷為6.0C，得到無定形氧化鎢薄膜。用去離子水沖洗后晾干，備用；
2)滴加法表面修飾銪:將0.25mL0.02mol/L的硝酸銪溶液逐滴滴加到步驟I)得到的無定形氧化鎢薄膜表面，晾干，得到表面修飾銪的氧化物薄膜；
3)煅燒:將步驟2)得到的銪表面修飾氧化鎢薄膜置于馬弗爐中，在450°C下高溫煅燒3h，冷卻至室溫后取出，得到銪表面修飾的三氧化鎢光電極。
[0015]實施例3
I)無定形氧化物薄膜的制備:將0.0025mol的Na2WO4溶于50mL的去離子水，加入
1.0OmL質量百分比濃度為30%的H2O2溶液，再加入30mL的乙二醇，攪拌得到含W20n2_溶液后用稀硝酸調節PH值為2.0，加去離子水至IOOmL,得到澄清的電解液，以ITO導電玻璃為工作電極，鉬片電極為對電極，飽和甘汞電極為參比電極，置于電解液中進行電沉積，施加電壓為-0.6V，沉積電荷為6.0C，得到無定形氧化鎢薄膜。用去離子水沖洗后晾干，備用；
2)滴加法表面修飾銪:將0.25mL0.04mol/L的硝酸銪溶液逐滴滴加到步驟I)得到的無定形氧化鎢薄膜表面，晾干，得到表面修飾銪的氧化物薄膜；
3)煅燒:將步驟2)得到的銪表面修飾氧化鎢薄膜置于馬弗爐中，在450°C下高溫煅燒3h，冷卻至室溫后取出，得到銪表面修飾的三氧化鎢光電極。
[0016]實施例4
將實施例1、2、3得到的銪表面修飾的三氧化鎢光電極進行表征和測試，具體步驟如
下:
I)將上述得到的銪表面修飾的三氧化鎢薄膜和純三氧化鎢薄膜分別進行X-射線粉末衍射、熒光發射光譜表征，將所得數據用OringinS軟件作圖，其中圖1所示的分別是表面滴加了 0.05mL 0.02mol/L、0.25mL 0.02mol/L、0.25mL 0.04mol/L 銪溶液的三氧化鎢光電極和純的三氧化鎢光電極的X射線圖譜，圖2所示的分別是表面滴加了 0.05mL 0.02mol/L、
0.25mL 0.02mol/L、0.25mL 0.04mol/L銪溶液的三氧化鎢光電極和純的三氧化鎢光電極的熒光發射圖譜。
[0017]2)將上述得到的銪表面修飾的三氧化鎢薄膜和純三氧化鎢薄膜分別進行光電性能測試。實驗時，給測試電極施加電壓范圍為-0.2V~1.8V，每隔2s用模擬太陽光光照一次。光電測試實驗在三通電解槽中進行，光源為500W氙燈(北京暢拓科技有限公司)，光源強度為4.0mw/cm2,電化學工作站型號為CHI650D (上海辰華儀器公司)，實驗所得數據用0rigin8軟件作光電流密度-`時間曲線圖，圖3所示的分別是表面滴加了 0.05mL 0.02mol/L、0.25mL 0.02mol/L、0.25mL 0.04mol/L銪溶液的三氧化鎢光電極和純的三氧化鎢光電極的光照-暗態切換下的電流密度-電壓圖。
【權利要求】
1.一種表面修飾銪的三氧化鎢光電極，其特征在于， 1)所述的光電極中銪與鎢的原子質量比為1:99-30:70 ； 2)所述的光電極的組成顆粒變小； 3)所述的光電極的發光強度隨銪修飾量增加而加強； 4)所述的光電極的帶隙隨銪修飾量增加而變寬； 5)所述的光電極在0.8V電壓下的光電流比純三氧化鎢光電極最大增加12倍。
2.一種表面修飾銪的三氧化鎢光電極的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 1)無定形氧化鎢薄膜的制備:在Na2WO4溶液中加入H2O2，得到含W20n2_的澄清電解液；然后進行電沉積，得到無定形氧化鎢薄膜； 2)滴加法表面修飾銪:將硝酸銪溶液逐滴滴加到步驟I)得到的無定形氧化鎢薄膜表面，晾干，得到表面修飾銪的氧化鎢薄膜； 3)煅燒:將步驟2)得到的表面修飾銪的氧化鎢薄膜在450°C下高溫煅燒3h，冷卻至室溫后取出，得到表面修飾銪的三氧化鎢光電極。
3.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述的步驟I)具體如下: 將0.0025mol的Na2WO4溶于50mL的去離子水，加入0.25~1.0OmL質量百分比濃度為30%的H2O2溶液，再加入30mL的乙二醇`，攪拌得到含W20n2_溶液后用稀硝酸調節pH值為1.9~2.0，加去離子水至IOOmL,得到澄清的電解液；以ITO導電玻璃為工作電極，鉬片電極為對電極，飽和甘汞電極為參比電極，置于電解液中進行電沉積，水浴恒溫25°C，施加電壓為-0.6V，沉積電荷為6.0C，得到無定形氧化鎢薄膜；用去離子水沖洗后晾干，備用。
4.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述的步驟2)中硝酸銪溶液的濃度為 0.02mol/L ~0.04mol/Lo
【文檔編號】H01L31/18GK103774196SQ201410015180
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月14日 優先權日:2014年1月14日
【發明者】劉潤, 潘微, 許宜銘 申請人:浙江大學