[发明专利]纳米块状基多孔三氧化钨薄膜电极的制备方法以及三氧化钨薄膜电极

说明书

技术领域

本发明涉及一种三氧化钨薄膜电极的制备方法以及由该方法制备出的薄膜电极，具体而言，涉及一种纳米块状基多孔三氧化钨薄膜电极的制备方法以及由该方法获得的纳米块状基多孔三氧化钨薄膜电极。

背景技术

在日益恶化的温室效应和环境污染的全球情况中，利用自然界丰富的太阳能光催化制氢作为可持续发展的新能源途径之一，正日益受到国际社会的高度关注。光电催化分解水制氢利用太阳能和水制得氢气，没有副产品，且能在两极上分别获得氢气和氧气，无污染，显示了强大的优势和发展潜力，但是目前效率还较低。为了提高制氢效率，需要优化光电催化制氢系统的各个因素，尤其是光催化电极材料。三氧化钨由于其具有较高的变色效率和较低的价格，一直以来是人们首选的电致变色化合物，另外，其作为光催化制氢电极材料也被广泛关注。

三氧化钨是一种间接带隙跃迁的半导体材料，具有良好的光电和气敏特性，为充分利用三氧化钨的光电特性，需要制备出形貌规整、比表面积大的多孔状三氧化钨纳米材料。电化学阳极氧化法是一种价格低廉并能够在较大面积上构建孔径可调、形貌规整的多孔状纳米材料的方法，其基本原理是以高纯度的金属为阳极，另一种金属或碳做阴极，放入电解液中，在外加电场的作用下，电解质中的离子刻蚀阳极的金属表面，就逐渐积聚成一定的形貌和结构的金属氧化物。因此，制备纳米三氧化钨材料可采用电化学阳极氧化法。

技术文献Langmuir 2009，25(16)，9545-9551中提到用阳极氧化法制备三氧化钨的方法为：阳极是面积为1×1.5cm²，纯度为99.5％的W片，阴极是铂片；1.5MHNO₃作为电解质溶液；体系加热温度50℃；在20-40V 恒电压下阳极氧化1-4小时；在90％氧气10％氩气中400℃下烧4小时。

现有技术中采用恒电压法，经过1-2小时的反应，电流值会不断升高，如在40V恒电压下反应1小时后电流值能到1A以上，3个小时后就能达到一般设备所能达到的最大电流3A以上，大电流使膜层的氧化过于剧烈，电极表面容易坍塌，同时形貌形成很不均匀，电极材料比表面积小，光催化效果差。

因此，期望一种能够克服上述技术缺陷并且获得膜层的氧化和形貌更均匀、具有更大的比表面积和光催化效果的三氧化钨薄膜电极及其制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米块状基、光电特性较好的多孔状三氧化钨纳米材料及其制备方法。

为此，本发明提供了如下方面：

<1>.一种制备三氧化钨薄膜电极的方法，所述方法包括：第一步，采用变电压方式进行电解过程，在该电解过程中保持电流在0.1A-0.5A的范围内；和第二步，烧结过程。

<2>.根据<1>所述的制备三氧化钨薄膜电极的方法，所述电解过程包括：将具有合适表面尺寸的钨片清洗干净，并且用作阳极氧化的阳极，将选自钨片、碳或碳载铂片、铂片中的一种作为阴极，使所述阳极和阴极平行放置在阳极氧化池中，两者之间的距离为2-10cm；将配制好的电解质溶液倒入阳极氧化池中；将装有电解质溶液的阳极氧化池置入恒温器中，开启加热使油浴温度升至30-80℃；以变电压的方式在所述阴极和阳极之间施加电压，初始电压为80V-100V，逐渐降低电压到结束电压20-40V，该过程保持电流在0.1-0.5A范围内，反应时间为2-5h。

<3>.根据<1>或<2>所述的制备三氧化钨薄膜电极的方法，其中所述变电压的方式包括阶梯下降方式和直接下降方式。

<4>.根据<2>所述的制备三氧化钨薄膜电极的方法，其中所述初始电压为80V，而结束电压为30V。

<5>.根据<3>所述的制备三氧化钨薄膜电极的方法，其中所述阶梯下 降方式包括：(a)首先，在80-100V的初始电压下保持20-40分钟；(b)然后以5-10V/次的速率，使电压从初始电压经过2-5次降低至第一电压，其中在每降低一次电压之后，均在降低后的电压保持10-30分钟；(c)然后以5-10V/次的速率，经历2-4次使电压从第一电压降低至第二电压，并且在每降低一次电压之后，均在降低后的电压保持5-15分钟；在所述第二电压等于20-40V的结束电压的情况下，在第二电压下保持1-2小时后结束电解过程；而在所述第二电压不等于20-40V的结束电压的情况下，可以继续重复(b)或(c)或重复(b)和(c)使电压降低至等于结束电压，条件是施加电压的整个过程的时间控制在2-5h。