[發明專利]一種鐵摻雜三氧化鎢光電極的制備方法

有效

• 申請號: 201210177981.8
• 申請日: 2012-06-01
• 公開（公告）號: CN102691071A
• 公開（公告）日: 2012-09-26
• 發明（設計）人: 劉潤;劉麗英;王萍;徐鑄德;許宜銘
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C25B11/04
• 分類號: C25B11/04;C25D9/04
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 張法高

技術領域

本發明涉及一種鐵摻雜三氧化鎢光電極的制備方法，屬于無機光電極材料制備工藝技術領域，具體涉及一種在模擬太陽光下具有較高的光電流和對染料具有較高的光電催化活性的鐵摻雜三氧化鎢光電極的制備方法。

背景技術

進入二十世紀以來，人類的工業文明得以迅猛發展，由此引發的能源危機和環境污染成為亟待解決的問題。因此開發清潔、低能耗、高效率、能夠實現工業化生產的能源轉換技術和污染處理技術是科學家和各國政府所追求和關注的目標。1972年Honda和Fujishima應用n-TiO₂電極成功的進行太陽能光分解水制氫，使人們認識到光電化學轉換太陽能為電能和化學能的應用前景。與此同時，人們將這種光分解水制氫技術應用于解決染料廢水等工業廢水問題。

目前在光電極材料領域，研究和使用較多的是納米尺寸半導體材料，例如：TiO₂,CdS,WO₃，ZnO等。其中，研究最多的是TiO₂，但TiO₂的禁帶寬度為3.2ev，屬于寬禁帶半導體，它的太陽光可利用部分僅限于紫外區，而紫外光僅占太陽光的2%-3%。CdS禁帶寬度為2.45ev，相對較窄，但它的使用勢必會造成重金屬鎘離子的污染。ZnO容易進行光腐蝕，造成光電性能不穩定,不能被廣泛應用。三氧化鎢(WO₃)是一種重要的光電響應半導體材料，禁帶寬度為2.5ev，不容易光腐蝕，具有穩定的光電性能，且相對來講對環境友好。但WO3的光吸收波長范圍窄，大部分在紫外區，對太陽光利用率低，并且光激發WO₃產生的電子和空穴容易復合，影響其光電轉換效率和光電催化活性。因此如何對WO₃進行改性以降低光生電子和空穴的復合，提高光電轉換效率以及光電催化活性是一項重要的技術熱點。

??????為了提高WO₃的光電轉換效率和光電催化活性，摻雜是一種重要的手段。在現有的摻雜方法中，有報道用pd、pt、Au、Ag等貴金屬對WO₃進行摻雜，且取得了一定的效果，但這種摻雜方法成本明顯比較高，不利于大規模工業化生產。本發明所述的方法利用硝酸鐵為原料采用浸漬法將鐵均勻分散于WO₃薄膜電極上，此種方法簡單且成本低廉。由于Fe的摻雜形成了Fe₂O₃，Fe³⁺能夠捕獲光生電子，從而抑制了光生電子和空穴的復合，達到了提高光電轉換效率和光電催化能力的目的。

另外，WO₃的傳統制備方法有水熱法，化學氣相沉積法，溶膠-凝膠法等。這些方法不僅要求高溫，高真空，復雜的設備和嚴格的實驗程序，而且重現性較差，難以控制物質的形貌，極大阻礙了它們的普遍應用。本發明采用電化學沉積法制備WO₃薄膜，實驗設備簡單，操作方便，常溫常壓下進行，能耗低，且重現性高，有望實現大規模工業生產。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的缺點和不足，提供一種鐵摻雜三氧化鎢光電極的制備方法。

鐵摻雜三氧化鎢光電極的制備方法包括如下步驟：

1）無定形氧化鎢薄膜的制備：將0.0025~0.0100mol的Na₂WO₄溶于50mL的蒸餾水，加入0.25~1.00mL質量百分比濃度為30%的H₂O₂溶液，再加入30mL的異丙醇，攪拌1分鐘得到含W₂O₇^2-溶液后用2mol/L的高氯酸或硝酸調節含W₂O₇^2-溶液PH值為1.10~1.40，加蒸餾水到含W₂O₇^2-溶液至體積為100mL，得到澄清的電解液；以ITO導電玻璃為工作電極，鉑片電極為對電極，飽和甘汞電極為參比電極，置于電解液中進行電沉積，相對于甘汞電極的陰極電位為-0.4~?-0.6V,?沉積時間為60分鐘,得到無定形氧化鎢薄膜，晾干備用；

2）浸漬法摻雜鐵：將步驟1)所得無定形氧化鎢薄膜置于0.005mol/L的Fe(NO₃)₃溶液中浸漬20~40分鐘，得到鐵摻雜氧化鎢薄膜，取出后用蒸餾水沖洗，空氣中晾干；