[发明专利]一种具有光催化性能的三氧化钨纳米薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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n-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.Messinger,J.,Catalysts for Solar Water Splitting.ChemSusChem2009,2(1),47-48.

2.IV,C.L.D.;El-Kadri,O.M.;′gyi,I.M.S.;Campbell,J.M.;Arstila,K.;Niinisto,L.;Winter,C.H.,Atomic Layer Deposition of Tungsten(III)Oxide Thin Films from W2(NMe2)6and Water Precursor-Based Control of Oxidation State in the Thin Film Material.Journal of the American Chemical Society2006,128(30),9638.

3.Chakrapani,V.;Thangala,J.;Sunkara,M.K.,WO3and W2N nanowire arrays for photoelectrochemical hydrogen production.International Journal of Hydrogen Energy2009,34(22),9050-9059.

4.Baeck1,S.-H.;Choi3,K.-S.;Jaramillo1,T.F.;Stucky2,G.D.;McFarland,E.W.,Enhancement of Photocatalytic and Electrochromic Properties of Electrochemically Fabricated Mesoporous WO3Thin Films.Advanced Materials2003,15(15),1269.

5.Yang,J.;Li,W.;Li,J.;Sun,D.;Chen,Q.,Hydrothermal synthesis and photoelectrochemical properties of vertically aligned tungsten trioxide(hydrate)plate-like arrays fabricated directly on FTO substrates.Journal of Materials Chemistry2012,22(34),17744.