一種表面修飾銪的三氧化鎢光電極及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種表面修飾銪的三氧化鎢光電極及制備方法。本發(fā)明的特點(diǎn)是以電沉積的方法得到無(wú)定形的氧化鎢薄膜為基體，通過滴加法將銪均勻滴加于氧化鎢薄膜表面，然后在一定溫度下煅燒，得到一種銪表面修飾的三氧化鎢光電極。本發(fā)明的光電性能顯著提高，而且實(shí)驗(yàn)設(shè)備簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，條件溫和，且具有環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】—種表面修飾錯(cuò)的三氧化銘光電極及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及表面修飾銪的三氧化鎢光電極及制備方法，屬于無(wú)機(jī)光電材料制備工藝【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]三氧化鎢是一種間接帶隙n型半導(dǎo)體，其禁帶寬度為2.5~2.7eV，具有穩(wěn)定的光電性能，是重要的光電響應(yīng)半導(dǎo)體材料。
[0003]三氧化鎢的傳統(tǒng)制備方法有水熱法，化學(xué)氣相沉積法，溶膠-凝膠法等。這些方法普遍存在要求高，設(shè)備復(fù)雜和條件嚴(yán)格等缺點(diǎn)，不利于普遍應(yīng)用。
[0004]另外，三氧化鎢雖然是一種重要的半導(dǎo)體材料，但其導(dǎo)帶位置低于氫還原電勢(shì)，且電子空穴容易復(fù)合，限制了它的光電性能，從而限制了其在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種表面修飾銪的三氧化鎢光電極及制備方法。本發(fā)明通過在三氧化鎢表面修飾銪，來改變其導(dǎo)帶電子的傳遞作用，以提高其光電性能。本發(fā)明采用電 化學(xué)方法制備三氧化鎢薄膜，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，條件溫和，且重現(xiàn)性高。
[0006]表面修飾銪的三氧化鎢光電極，
1)所述的光電極中銪與鎢的原子質(zhì)量比為1:99-30:70 ；
2)所述的光電極的組成顆粒變??；
3)所述的光電極的的發(fā)光強(qiáng)度隨銪修飾量增加而加強(qiáng)；
4)所述的光電極的帶隙隨銪修飾量增加而變寬；
5)所述的光電極的光電流比純?nèi)趸u光電極增加7-10倍。
[0007]一種表面修飾銪的三氧化鎢光電極的制備方法，包括如下步驟:
1)無(wú)定形氧化鎢薄膜的制備:在Na2WO4溶液中加入H2O2，得到含W20n2_的澄清電解液；然后進(jìn)行電沉積，得到無(wú)定形氧化鎢薄膜；
2)滴加法表面修飾銪:將硝酸銪溶液逐滴滴加到步驟I)得到的無(wú)定形氧化鎢薄膜表面，晾干，得到表面修飾銪的氧化鎢薄膜；
3)煅燒:將步驟2)得到的表面修飾銪的氧化鎢薄膜在450°C下高溫煅燒3h，冷卻至室溫后取出，得到表面修飾銪的三氧化鎢光電極。
[0008]所述的步驟I)具體如下:
將0.0025mol的Na2WO4溶于50mL的去離子水，加入0.25~1.0OmL質(zhì)量百分比濃度為30%的H2O2溶液，再加入30mL的乙二醇，攪拌得到含W20n2_溶液后用稀硝酸調(diào)節(jié)pH值為1.9~2.0，加去離子水至IOOmL,得到澄清的電解液；以ITO導(dǎo)電玻璃為工作電極，鉬片電極為對(duì)電極，飽和甘汞電極為參比電極，置于電解液中進(jìn)行電沉積，水浴恒溫25°C，施加電壓為-0.6V，沉積電荷為6.0C，得到無(wú)定形氧化鎢薄膜；用去離子水沖洗后晾干，備用。[0009]所述的步驟2)中硝酸銪溶液的濃度為0.02mol/L~0.04mol/L。
[0010]本發(fā)明的有益效果:
銪的表面修飾顯著提高了三氧化鎢的光電性能，提高了其對(duì)光能的利用率，環(huán)保節(jié)能，顯著拓展了三氧化鎢的應(yīng)用范圍；而且方法簡(jiǎn)單，成本低廉有望進(jìn)行工業(yè)化規(guī)模應(yīng)用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為實(shí)施例1、2、3所得表面修飾銪的三氧化鎢與純?nèi)趸u的X射線衍射圖譜；
圖2為實(shí)施例1、2、3所得表面修飾銪的三氧化鎢與純?nèi)趸u的熒光發(fā)射光譜(394nm激發(fā));
圖3為實(shí)施例1、2、3所得表面修飾銪的三氧化鎢與純?nèi)趸u的光照-暗態(tài)切換下的電流密度-電壓圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。
[0013]實(shí)施例1
1)無(wú)定形氧化物薄膜的制備:將0.0025mol的Na2WO4溶于50mL的去離子水,加入0.25質(zhì)量百分比濃度為30%的H2O2溶液，再加入30mL的乙二醇，攪拌得到含W20n2_溶液后用稀硝酸調(diào)節(jié)PH值為1.9，加去離子水至IOOmL,得到澄清的電解液，以ITO導(dǎo)電玻璃為工作電極，鉬片電極為對(duì)電極，飽和甘汞電極為參比電極，置于電解液中進(jìn)行電沉積，施加電壓為-0.6V，沉積電荷為6.0C，得到無(wú)定形氧化鎢薄膜。用去離子水沖洗后晾干，備用；
2)滴加法表面修飾銪:將0.05mL0.02mol/L的硝酸銪溶液逐滴滴加到步驟I)得到的無(wú)定形氧化鎢薄膜表面，晾干，得到表面修飾銪的氧化物薄膜；
3)煅燒:將步驟2)得到的銪表面修飾氧化鎢薄膜置于馬弗爐中，在450°C下高溫煅燒3h，冷卻至室溫后取出，得到銪表面修飾的三氧化鎢光電極。
[0014]實(shí)施例2
1)無(wú)定形氧化物薄膜的制備:將0.0025mol的Na2WO4溶于50mL的去離子水，加入0.60mL質(zhì)量百分比濃度為30%的H2O2溶液，再加入30mL的乙二醇，攪拌得到含W20n2_溶液后用稀硝酸調(diào)節(jié)PH值為1.95，加去離子水至IOOmL,得到澄清的電解液，以ITO導(dǎo)電玻璃為工作電極，鉬片電極為對(duì)電極，飽和甘汞電極為參比電極，置于電解液中進(jìn)行電沉積，施加電壓為-0.6V，沉積電荷為6.0C，得到無(wú)定形氧化鎢薄膜。用去離子水沖洗后晾干，備用；
2)滴加法表面修飾銪:將0.25mL0.02mol/L的硝酸銪溶液逐滴滴加到步驟I)得到的無(wú)定形氧化鎢薄膜表面，晾干，得到表面修飾銪的氧化物薄膜；
3)煅燒:將步驟2)得到的銪表面修飾氧化鎢薄膜置于馬弗爐中，在450°C下高溫煅燒3h，冷卻至室溫后取出，得到銪表面修飾的三氧化鎢光電極。
[0015]實(shí)施例3
I)無(wú)定形氧化物薄膜的制備:將0.0025mol的Na2WO4溶于50mL的去離子水，加入
1.0OmL質(zhì)量百分比濃度為30%的H2O2溶液，再加入30mL的乙二醇，攪拌得到含W20n2_溶液后用稀硝酸調(diào)節(jié)PH值為2.0，加去離子水至IOOmL,得到澄清的電解液，以ITO導(dǎo)電玻璃為工作電極，鉬片電極為對(duì)電極，飽和甘汞電極為參比電極，置于電解液中進(jìn)行電沉積，施加電壓為-0.6V，沉積電荷為6.0C，得到無(wú)定形氧化鎢薄膜。用去離子水沖洗后晾干，備用；
2)滴加法表面修飾銪:將0.25mL0.04mol/L的硝酸銪溶液逐滴滴加到步驟I)得到的無(wú)定形氧化鎢薄膜表面，晾干，得到表面修飾銪的氧化物薄膜；
3)煅燒:將步驟2)得到的銪表面修飾氧化鎢薄膜置于馬弗爐中，在450°C下高溫煅燒3h，冷卻至室溫后取出，得到銪表面修飾的三氧化鎢光電極。
[0016]實(shí)施例4
將實(shí)施例1、2、3得到的銪表面修飾的三氧化鎢光電極進(jìn)行表征和測(cè)試，具體步驟如
下:
I)將上述得到的銪表面修飾的三氧化鎢薄膜和純?nèi)趸u薄膜分別進(jìn)行X-射線粉末衍射、熒光發(fā)射光譜表征，將所得數(shù)據(jù)用OringinS軟件作圖，其中圖1所示的分別是表面滴加了 0.05mL 0.02mol/L、0.25mL 0.02mol/L、0.25mL 0.04mol/L 銪溶液的三氧化鎢光電極和純的三氧化鎢光電極的X射線圖譜，圖2所示的分別是表面滴加了 0.05mL 0.02mol/L、
0.25mL 0.02mol/L、0.25mL 0.04mol/L銪溶液的三氧化鎢光電極和純的三氧化鎢光電極的熒光發(fā)射圖譜。
[0017]2)將上述得到的銪表面修飾的三氧化鎢薄膜和純?nèi)趸u薄膜分別進(jìn)行光電性能測(cè)試。實(shí)驗(yàn)時(shí)，給測(cè)試電極施加電壓范圍為-0.2V~1.8V，每隔2s用模擬太陽(yáng)光光照一次。光電測(cè)試實(shí)驗(yàn)在三通電解槽中進(jìn)行，光源為500W氙燈(北京暢拓科技有限公司)，光源強(qiáng)度為4.0mw/cm2,電化學(xué)工作站型號(hào)為CHI650D (上海辰華儀器公司)，實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)用0rigin8軟件作光電流密度-`時(shí)間曲線圖，圖3所示的分別是表面滴加了 0.05mL 0.02mol/L、0.25mL 0.02mol/L、0.25mL 0.04mol/L銪溶液的三氧化鎢光電極和純的三氧化鎢光電極的光照-暗態(tài)切換下的電流密度-電壓圖。
【權(quán)利要求】
1.一種表面修飾銪的三氧化鎢光電極，其特征在于， 1)所述的光電極中銪與鎢的原子質(zhì)量比為1:99-30:70 ； 2)所述的光電極的組成顆粒變?。? 3)所述的光電極的發(fā)光強(qiáng)度隨銪修飾量增加而加強(qiáng)； 4)所述的光電極的帶隙隨銪修飾量增加而變寬； 5)所述的光電極在0.8V電壓下的光電流比純?nèi)趸u光電極最大增加12倍。
2.一種表面修飾銪的三氧化鎢光電極的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 1)無(wú)定形氧化鎢薄膜的制備:在Na2WO4溶液中加入H2O2，得到含W20n2_的澄清電解液；然后進(jìn)行電沉積，得到無(wú)定形氧化鎢薄膜； 2)滴加法表面修飾銪:將硝酸銪溶液逐滴滴加到步驟I)得到的無(wú)定形氧化鎢薄膜表面，晾干，得到表面修飾銪的氧化鎢薄膜； 3)煅燒:將步驟2)得到的表面修飾銪的氧化鎢薄膜在450°C下高溫煅燒3h，冷卻至室溫后取出，得到表面修飾銪的三氧化鎢光電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述的步驟I)具體如下: 將0.0025mol的Na2WO4溶于50mL的去離子水，加入0.25~1.0OmL質(zhì)量百分比濃度為30%的H2O2溶液，再加入30mL的乙二醇`，攪拌得到含W20n2_溶液后用稀硝酸調(diào)節(jié)pH值為1.9~2.0，加去離子水至IOOmL,得到澄清的電解液；以ITO導(dǎo)電玻璃為工作電極，鉬片電極為對(duì)電極，飽和甘汞電極為參比電極，置于電解液中進(jìn)行電沉積，水浴恒溫25°C，施加電壓為-0.6V，沉積電荷為6.0C，得到無(wú)定形氧化鎢薄膜；用去離子水沖洗后晾干，備用。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述的步驟2)中硝酸銪溶液的濃度為 0.02mol/L ~0.04mol/Lo
【文檔編號(hào)】H01L31/18GK103774196SQ201410015180
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2014年1月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月14日
【發(fā)明者】劉潤(rùn), 潘微, 許宜銘 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)