异质结构纳米片阵列薄膜的制备方法
【技术领域】
[0001 ]本发明属于无机纳米光电材料的合成技术领域，具体涉及一种C11WO4/WO3异质结构纳米片阵列薄膜的制备方法。
【背景技术】
[0002]随着世界人口的增多和人们对物质的要求越来越高，人类对能源的依赖程度和需求量迅速增加，导致了地球上化石燃料储存量的剧烈下降，并产生了严重的环境问题。寻找一种新的清洁能源是各国政府和科学家们所追求和关注的目标。在这些新兴能源中，太阳能作为取之不尽的无污染能源备受关注。
[0003]1972年日本学者Fujishima和Honda采用单晶n-Ti02进行太阳能光催化分解水制氢的成功，揭开了半导体光催化研究的序幕，也使人们认识到太阳能转化为电能和化学能的应用前景。光电化学分解水制氢技术，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，同时光电化学分解水技术兼顾小规模应用与大规模开发，是太阳能制氢最具吸引力的途径之一。
[0004]WO3是一种间接带隙跃迀的半导体材料，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。W03的带隙宽度为?2.65eV，吸收光的波长可延伸至可见光区域(?470nm)，是一种理想的光电化学分解水的光阳极材料。WO3纳米颗粒薄膜由于存在大量晶界，不利于光生电荷的传输;WO3纳米片阵列由于具有准直的电子传输通道，利用光生电荷的传输。为了提高WO3光阳极光生电荷的分离效率，与其他能带匹配的半导体(如CuWO4)形成异质结是一种有效的方法。
【发明内容】
[0005]本发明解决的技术问题是提供了一种操作简单、成本低廉且环境友好的CuW04/W03异质结构纳米片阵列薄膜的制备方法。
[0006]本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种CuWOVWO3异质结构纳米片阵列薄膜的制备方法，其特征在于具体步骤为:
(1)将0.2-0.4g仲钨酸铵水合物分散到水和乙醇的混合溶剂中，再加入l_2mL质量浓度为37%的浓盐酸和l-2mL质量浓度为35%的双氧水，搅拌混合均匀后制得WO3前驱物溶液；
(2)将步骤(I)所得的WO3前驱物溶液转移至水热反应釜中，并将FTO导电面朝下放入水热反应釜中，将FTO导电面朝下于140-180°C水热反应2-6h，反应结束后随炉冷却至室温，取出FTO冲洗后室温干燥，然后置于马弗炉中于500°C退火2h制得WO3纳米片阵列；
(3)将步骤(2)所得的WO3纳米片阵列垂直浸入二价铜盐的乙醇溶液中反应0.5-2h后取出，其中二价铜盐的乙醇溶液中Cu2+的摩尔浓度为30-70mmol/L，室温干燥后置于马弗炉中于500°C退火2h制得CuWOVWO3异质结构纳米片阵列薄膜。
[0007]进一步优选，步骤(I)所述的水和乙醇的混合溶剂中水与乙醇的体积比为1:4?4:1o
[0008]进一步优选，步骤(3)所述的二价铜盐为CuS04、Cu(N03)2或Cu(CH3COO)2。
[0009]本发明制得的CuW04/W03异质结构纳米片阵列薄膜具有较高的比表面积和准直的电子传输通道，利于对入射光的捕获和光电荷的传输;C11WO4/WO3异质结构还利于光生电荷的分离，因此作为光电化学分解水的光阳极将表现出优异的性质。另外，水热法结合溶液浸泡的方法制备CuW04/W03操作简单、成本低廉且环境友好，利于推广和应用。
【具体实施方式】
[0010]以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。
[0011]实施例1
(1)将0.2g仲钨酸铵水合物H42N1Q042W12.XH2O(HMT)分散到水和乙醇的混合溶剂中，其中水和乙醇的体积比为4:1，再加入ImL质量浓度为37%的浓盐酸和ImL质量浓度为35%的双氧水，搅拌混合均匀后制得WO3前驱物溶液；
(2)将步骤(I)所得的WO3前驱物溶液液转移至水热反应釜中，并将FTO导电面朝下放入该水热反应釜内，将其导电面朝下于140°C反应2小时，反应结束后随炉冷却至室温，取出FT0，冲洗后室温干燥，并在马弗炉中于500°C退火2小时制得WO3纳米片阵列；
(3)将步骤(2)所得的WO3纳米片阵列垂直浸入摩尔浓度为30mmol/L的CuSO4的乙醇溶液中，反应0.5小时后取出，室温干燥后置于马弗炉中于500°C退火2小时制得CuW04/W03异质结纳米片阵列薄膜。
[0012]实施例2
(1)将0.3g仲钨酸铵水合物H42N1Q042W12.XH2O(HMT)分散到水和乙醇的混合溶剂中，其中水和乙醇的体积比为1:1，再加入ImL质量浓度为37%的浓盐酸和ImL质量浓度为35%的双氧水，搅拌混合均匀后制得WO3前驱物溶液；
(2)将步骤(I)所得的WO3前驱物溶液转移至水热反应釜中，并将FTO导电面朝下放入该水热反应釜内，将其导电面朝下于160°C反应4小时，反应结束后随炉冷却至室温，取出FTO，冲洗后室温干燥，并在马弗炉中于500°C退火2小时制得WO3纳米片阵列；
(3)将步骤(2)得到的WO3纳米片阵列垂直浸入摩尔浓度为50mmol/L的Cu(CH3COO)2的乙醇溶液中，反应I小时后取出，室温干燥后置于马弗炉中于500°C退火2小时制得CuW04/W03异质结纳米片阵列薄膜。
[0013]实施例3
(1)将0.4g仲钨酸铵水合物H42N1Q042W12.XH2O(HMT)分散到水和乙醇的混合溶剂中，其中水和乙醇的体积比为4:1，再加入2mL质量浓度为37%的浓盐酸和2mL质量浓度为35%的双氧水，搅拌混合均匀后制得WO3前驱物溶液；
(2)将步骤(I)所得的WO3前驱物溶液转移至水热反应釜中，并将FTO导电面朝下放入该水热反应釜内，将其导电面朝下于180°C反应6小时，反应结束后随炉冷却至室温，取出FT0，冲洗后室温干燥，并在马弗炉中500°C退火2小时制得WO3纳米片阵列；
(3)将步骤(2)所得的WO3纳米片阵列垂直浸入摩尔浓度为70mmol/L的Cu(N03)2的乙醇溶液中，反应2小时后取出，室温干燥后置于马弗炉中于500°C退火2小时制得CuW04/W03异质结纳米片阵列薄膜。
[0014]以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本发明保护的范围内。
【主权项】
1.一种C11WO4/WO3异质结构纳米片阵列薄膜的制备方法，其特征在于具体步骤为: (1)将0.2-0.4g仲钨酸铵水合物分散到水和乙醇的混合溶剂中，再加入l_2mL质量浓度为37%的浓盐酸和l-2mL质量浓度为35%的双氧水，搅拌混合均匀后制得WO3前驱物溶液； (2)将步骤(I)所得的WO3前驱物溶液转移至水热反应釜中，并将FTO导电面朝下放入水热反应釜中，将FTO导电面朝下于140-180°C水热反应2-6h，反应结束后随炉冷却至室温，取出FTO冲洗后室温干燥，然后置于马弗炉中于500°C退火2h制得WO3纳米片阵列； (3)将步骤(2)所得的WO3纳米片阵列垂直浸入二价铜盐的乙醇溶液中反应0.5-2h后取出，其中二价铜盐的乙醇溶液中Cu2+的摩尔浓度为30-70mmol/L，室温干燥后置于马弗炉中于500°C退火2h制得CuWOVWO3异质结构纳米片阵列薄膜。2.根据权利要求1所述的CuW04/W03异质结构纳米片阵列薄膜的制备方法，其特征在于:步骤(I)所述的水和乙醇的混合溶剂中水与乙醇的体积比为1:4?4:1。3.根据权利要求1所述的CuW04/W03异质结构纳米片阵列薄膜的制备方法，其特征在于:步骤(3)所述的二价铜盐为 CuS04、Cu(N03)2 或 Cu(CH3COO)2t3
【专利摘要】本发明公开了一种CuWO4/WO3异质结构纳米片阵列薄膜的制备方法，具体步骤为：仲钨酸铵水合物的水和乙醇溶液中加入浓盐酸和双氧水，搅拌混合均匀后制得WO3前驱物溶液；水热反应制备WO3纳米片阵列；WO3纳米片阵列在二价铜盐的乙醇溶液中浸泡，再退火得到CuWO4/WO3异质结构纳米片阵列薄膜。本发明得到的产品中WO3纳米片垂直于FTO生长，CuWO4纳米颗粒紧紧结合在WO3纳米片表面，CuWO4的导带位置与WO3相比更负，当光照射到薄膜电极上，利于光生电荷的分离，作为光电化学分解水的光阳极，可以提高分解水的效率。
【IPC分类】C25B9/04, C25B11/02, C25B1/04, C25B11/04
【公开号】CN105568314
【申请号】CN201510959603
【发明人】徐芳, 梅晶晶, 陈会敏, 白丹丹, 蒋凯, 武大鹏, 高志勇
【申请人】河南师范大学
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2015年12月21日