[發明專利]納米塊狀基多孔三氧化鎢薄膜電極的制備方法以及三氧化鎢薄膜電極

有效

• 申請號: 201010296748.2
• 申請日: 2010-09-27
• 公開（公告）號: CN102418116B
• 公開（公告）日: 2016-08-31
• 發明（設計）人: 沈曉彥;趙偉;段曉菲
• 申請（專利權）人: 新奧科技發展有限公司
• 主分類號: C25B11/03
• 分類號: C25B11/03;C25B11/06;C25D11/26
• 代理公司: 北京工信聯合知識產權代理事務所(普通合伙) 11266
• 代理人: 姜麗輝

技術領域

本發明涉及一種三氧化鎢薄膜電極的制備方法以及由該方法制備出的薄膜電極，具體而言，涉及一種納米塊狀基多孔三氧化鎢薄膜電極的制備方法以及由該方法獲得的納米塊狀基多孔三氧化鎢薄膜電極。

背景技術

在日益惡化的溫室效應和環境污染的全球情況中，利用自然界豐富的太陽能光催化制氫作為可持續發展的新能源途徑之一，正日益受到國際社會的高度關注。光電催化分解水制氫利用太陽能和水制得氫氣，沒有副產品，且能在兩極上分別獲得氫氣和氧氣，無污染，顯示了強大的優勢和發展潛力，但是目前效率還較低。為了提高制氫效率，需要優化光電催化制氫系統的各個因素，尤其是光催化電極材料。三氧化鎢由于其具有較高的變色效率和較低的價格，一直以來是人們首選的電致變色化合物，另外，其作為光催化制氫電極材料也被廣泛關注。

三氧化鎢是一種間接帶隙躍遷的半導體材料，具有良好的光電和氣敏特性，為充分利用三氧化鎢的光電特性，需要制備出形貌規整、比表面積大的多孔狀三氧化鎢納米材料。電化學陽極氧化法是一種價格低廉并能夠在較大面積上構建孔徑可調、形貌規整的多孔狀納米材料的方法，其基本原理是以高純度的金屬為陽極，另一種金屬或碳做陰極，放入電解液中，在外加電場的作用下，電解質中的離子刻蝕陽極的金屬表面，就逐漸積聚成一定的形貌和結構的金屬氧化物。因此，制備納米三氧化鎢材料可采用電化學陽極氧化法。

技術文獻Langmuir 2009，25(16)，9545-9551中提到用陽極氧化法制備三氧化鎢的方法為：陽極是面積為1×1.5cm²，純度為99.5％的W片，陰極是鉑片；1.5MHNO₃作為電解質溶液；體系加熱溫度50℃；在20-40V 恒電壓下陽極氧化1-4小時；在90％氧氣10％氬氣中400℃下燒4小時。

現有技術中采用恒電壓法，經過1-2小時的反應，電流值會不斷升高，如在40V恒電壓下反應1小時后電流值能到1A以上，3個小時后就能達到一般設備所能達到的最大電流3A以上，大電流使膜層的氧化過于劇烈，電極表面容易坍塌，同時形貌形成很不均勻，電極材料比表面積小，光催化效果差。

因此，期望一種能夠克服上述技術缺陷并且獲得膜層的氧化和形貌更均勻、具有更大的比表面積和光催化效果的三氧化鎢薄膜電極及其制備方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種納米塊狀基、光電特性較好的多孔狀三氧化鎢納米材料及其制備方法。

為此，本發明提供了如下方面：

<1>.一種制備三氧化鎢薄膜電極的方法，所述方法包括：第一步，采用變電壓方式進行電解過程，在該電解過程中保持電流在0.1A-0.5A的范圍內；和第二步，燒結過程。

<2>.根據<1>所述的制備三氧化鎢薄膜電極的方法，所述電解過程包括：將具有合適表面尺寸的鎢片清洗干凈，并且用作陽極氧化的陽極，將選自鎢片、碳或碳載鉑片、鉑片中的一種作為陰極，使所述陽極和陰極平行放置在陽極氧化池中，兩者之間的距離為2-10cm；將配制好的電解質溶液倒入陽極氧化池中；將裝有電解質溶液的陽極氧化池置入恒溫器中，開啟加熱使油浴溫度升至30-80℃；以變電壓的方式在所述陰極和陽極之間施加電壓，初始電壓為80V-100V，逐漸降低電壓到結束電壓20-40V，該過程保持電流在0.1-0.5A范圍內，反應時間為2-5h。

<3>.根據<1>或<2>所述的制備三氧化鎢薄膜電極的方法，其中所述變電壓的方式包括階梯下降方式和直接下降方式。

<4>.根據<2>所述的制備三氧化鎢薄膜電極的方法，其中所述初始電壓為80V，而結束電壓為30V。

<5>.根據<3>所述的制備三氧化鎢薄膜電極的方法，其中所述階梯下 降方式包括：(a)首先，在80-100V的初始電壓下保持20-40分鐘；(b)然后以5-10V/次的速率，使電壓從初始電壓經過2-5次降低至第一電壓，其中在每降低一次電壓之后，均在降低后的電壓保持10-30分鐘；(c)然后以5-10V/次的速率，經歷2-4次使電壓從第一電壓降低至第二電壓，并且在每降低一次電壓之后，均在降低后的電壓保持5-15分鐘；在所述第二電壓等于20-40V的結束電壓的情況下，在第二電壓下保持1-2小時后結束電解過程；而在所述第二電壓不等于20-40V的結束電壓的情況下，可以繼續重復(b)或(c)或重復(b)和(c)使電壓降低至等于結束電壓，條件是施加電壓的整個過程的時間控制在2-5h。