儲(chǔ)能型光電催化用納米多孔WO3薄膜的制備及性能.pdf

1、利用半導(dǎo)體材料的光電化學(xué)性質(zhì)分解水制氫是轉(zhuǎn)化和存儲(chǔ)太陽(yáng)能的一項(xiàng)最具應(yīng)用前景的技術(shù)，可以徹底擺脫目前對(duì)化石能源的依賴并實(shí)現(xiàn)地球這一開放體系的熱均衡，缺少高效率的光陽(yáng)極材料是這一技術(shù)領(lǐng)域中的瓶頸問題。作為典型的n-型半導(dǎo)體材料，三氧化鎢在可見光的照射下就能產(chǎn)生較高的光電流，其2.6eV的禁帶寬度使得其比TiO2更能有效利用太陽(yáng)光，是最有希望應(yīng)用于光電化學(xué)分解水的幾種材料之一。此外，由于W元素具有多重可變價(jià)態(tài)且WO3中氧空位含量的差異使其具有

2、良好變色效應(yīng)，其本質(zhì)是通過外部刺激實(shí)現(xiàn)陽(yáng)離子和電子的插層和釋放以達(dá)到變色效果，該機(jī)理同樣適用于實(shí)現(xiàn)WO3對(duì)光生電子的存儲(chǔ)。WO3的光電化學(xué)研究中，光電流也往往表現(xiàn)為隨時(shí)間增減，這需要進(jìn)一步的研究厘清其過程機(jī)制并區(qū)分水在WO3表面的氧化反應(yīng)電流。
　　本實(shí)驗(yàn)通過電化學(xué)陽(yáng)極氧化法在金屬鎢表面制備了一層具有納米結(jié)構(gòu)的WO3薄膜，詳細(xì)分析了主要制備工藝參數(shù)對(duì)其形貌的影響，成功制備了具有高比表面積的納米多孔結(jié)構(gòu)WO3薄膜，利用XRD、SEM

3、、XPS、UV-Vis等手段研究了WO3薄膜的晶體結(jié)構(gòu)、形貌成份及光譜吸收特性，利用電化學(xué)工作站測(cè)量了所制備樣品的光電化學(xué)及原位儲(chǔ)能性質(zhì)。主要研究結(jié)果如下：
　　1、陽(yáng)極氧化過程中，電解液成份及陽(yáng)極氧化電壓對(duì)生成納米多孔形貌的WO3薄膜具有很大的影響，隨著電解液中F離子濃度及外加偏壓的增大，納米孔經(jīng)歷從無(wú)到有最后被腐蝕脫落，本實(shí)驗(yàn)通過調(diào)節(jié)F離子濃度及外加偏壓大小從而獲得了較理想的納米多孔WO3薄膜。合適的熱處理?xiàng)l件可是樣品晶化的同

4、時(shí)引入4價(jià)、5價(jià)W離子，使其對(duì)可見光區(qū)域的吸光性能有明顯提高。
　　2、本實(shí)驗(yàn)所制備的WO3的LSV曲線中存在兩個(gè)氧化峰，且光電流隨時(shí)間增減導(dǎo)致這一現(xiàn)象的原因本實(shí)驗(yàn)中制備的WO3納米多孔薄膜由于具有較高的比表面積，且4價(jià)5價(jià)的鎢離子引入使其具有較好的吸光特性更有利于產(chǎn)生大量的電子空穴對(duì)。部分電子用于光電化學(xué)反應(yīng)的同時(shí)，剩余電子則和從溶液中擴(kuò)散的Na離子發(fā)生插層反應(yīng)，生成電阻率較小的鎢青銅，從而使電流密度升高。經(jīng)過光電流測(cè)量的樣品在