[发明专利]一种Co掺杂的纳米棒状的CuWO4光阳极薄膜的制备方法

说明书

本发明公开一种Co掺杂的纳米棒状的CuWO₄光阳极薄膜的制备方法，包括以下步骤：(1)将偏钨酸铵和氯化铜加入到无水乙醇中，磁力搅拌后加入硝酸钴，继续搅拌得到透明的Co掺杂的CuWO₄前驱体溶胶；(2)将清洗干净的ITO导电玻璃在步骤(1)中制得的前驱体溶胶中浸渍后提拉，干燥后重复镀膜，将完成二次镀膜的ITO导电玻璃继续干燥，得到烘干的Co掺杂的CuWO₄薄膜；(3)将步骤(2)中得到的薄膜退火处理，得到Co掺杂的纳米棒状的CuWO₄光阳极薄膜。本发明可达到简单可行，原料成本低，光电催化产氢性能良好，明显提高光电催化产氢时光电流的有益效果。

技术领域

本发明属于光电催化材料技术领域，特别涉及一种Co掺杂的纳米棒状的CuWO₄光阳极薄膜的制备方法。

背景技术

环境污染日益加深，严重危害着人类健康，因此以环境友好，可持续，可扩展和公平的方式应对急剧增长的能源需求是我们今天面临的最关键挑战之一。太阳能是一种取之不尽，用之不竭的可持续资源，可以用来满足我们对清洁和可再生能源不断增长的需求。值得注意的是，光电催化水分解是一种非常有前景的技术，它利用半导体材料来收集太阳光以产生氢气和氧气，从而提供将太阳能转换成可存储化学能的简单途径。这一过程实现无污染物的太阳能与水的利用。因此利用半导体材料进行光电催化产氢成为目前的研究热点。然而，影响光电催化产氢效率的三个关键因素是(1)广泛的光响应和吸收范围，充分利用太阳能；(2)有效的光生电子-空穴对的分离和传输；(3)稳定性好。传统的TiO₂、ZnO因其禁带宽度较宽，仅能吸收紫外光，不能有效利用太阳光，限制了其在实际应用中的发展。因此，寻找一种更有效的半导体材料用于光电催化产氢成为国内外科学家们研究的热点。CuWO₄作为一种n型的半导体禁带宽度为2.2eV-2.4eV，光响应范围广，其理论的太阳能-氢(STH)转换效率为＞10％，且在水性介质中具有良好的稳定性，因而引起研究者们的广泛关注。但是由于单一CuWO₄电子传输能力差以及光生电子空穴对的分离效率低限制了其光电催化分解水的性能，所以科学家们在对CuWO₄的改性方面做出了很大的努力，其中包括改进制备方法、掺杂负载、构建异质结及与其他半导体复合等来有效提高CuWO₄的光电催化活性。

研究发现，通过Co²⁺过渡金属离子取代CuWO₄的黑钨矿晶体结构中的Cu，可以改变CuWO₄的带隙能、产生杂质能级和晶格缺陷，提高光量子效率和氧化还原能力，从而提高光电催化活性。此外，Co²⁺与CuWO₄晶体中Cu²⁺的原子半径相差不大，易于掺杂进入CuWO₄晶格中，从而改变其光电催化性能。此外，利用Co掺杂对CuWO₄进行光电催化改性还未见报道，将这一新型材料应用于光电催化水裂解，为光电催化产氢提供了一种新思路。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种Co掺杂的纳米棒状的CuWO₄光阳极薄膜的制备方法，可达到简单可行，原料成本低，光电催化产氢性能良好，明显提高光电催化产氢时光电流的有益效果。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种Co掺杂的纳米棒状的CuWO₄光阳极薄膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)将偏钨酸铵和氯化铜加入到无水乙醇中，磁力搅拌后加入硝酸钴，继续搅拌得到透明的Co掺杂的CuWO₄前驱体溶胶；

(2)将清洗干净的ITO导电玻璃在步骤(1)中制得的前驱体溶胶中浸渍后提拉，干燥后重复镀膜，将完成二次镀膜的ITO导电玻璃继续干燥，得到烘干的Co掺杂的CuWO₄薄膜；