[发明专利]一种WO3

说明书

本发明涉及一种WO3/Fe2O3/Mn3O4复合光阳极薄膜的制备方法，属于光电催化技术领域。所述的复合光电极能够吸收可见光，在光电催化水分解过程中实现长期稳定运行，是一种极具应用潜力的光阳极材料。该光阳极薄膜的制备方法主要包括以下步骤：140℃水热反应6h，制备WO3薄膜电极；配置铁盐的胶体溶液，将该胶体溶液旋涂在WO3薄膜表面，高温煅烧，即得WO3/Fe2O3薄膜电极；然后水热制备Mn3O4纳米颗粒，超声分散于乙醇溶液中，进一步旋涂至WO3/Fe2O3薄膜电极表面，N2气氛下高温煅烧，即得三元复合光电极材料。该复合光电极制备所需原料地球储量丰富，成本低廉，在能源领域具有较好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种WO₃/Fe₂O₃/Mn₃O₄复合光阳极薄膜的制备方法，属于光电催化技术领域，更加具体的是本发明提供了一种具有高光电催化活性、高稳定性和高选择性的WO₃/Fe₂O₃/Mn₃O₄三元复合光电极的制备方法。

背景技术

光电催化水分解技术是利用太阳能制备燃料的绿色环保途径，它利用半导体光电极材料吸收太阳能，在少量偏压的协助下，就能有效抑制光生载流子的复合，实现高效的水分解制氢。由于氧化和还原两个反应在空间上分离，氢气和氧气分别在阴阳两极析出，避免了H₂和O₂的直接接触，有效避免了爆炸风险。光电催化技术是目前极为有效的氢能制备方法，对解决未来能源危机提供了一条重要的解决途径，相应的高活性、高选择性半导体光电极材料成为近年来能源与材料领域的研究热点。

WO₃的带隙为2.6eV，理论上可以吸收12％的太阳光，成为近年来的明星半导体材料。但是，WO₃的稳定性较差，严重限制了其光电催化应用。在pH值大于4的溶液中，WO₃会与溶液中的OH^-离子反应而发生化学溶解；光照时，WO₃的光生空穴氧化水，表面会产生过氧物种，生成的过氧物种会与水氧化反应竞争，降低H₂的产量。且过氧物种的累积，导致WO₃稳定性下降。因此，提高 WO₃在碱性溶液中的稳定性，抑制光照下过氧物种的产生，对WO₃的商业化应用具有重要的意义。Fe₂O₃是另一种可见光半导体材料，自然界中储量丰富，能够在碱性溶液中稳定存在，且光照下难以光腐蚀，已成为最具应用前景的光电极材料。通过旋涂法将Fe₂O₃负载在WO₃光电极表面，能够避免WO₃与溶液的直接接触，还能避免过氧物种在WO₃表面的累积，有望大幅提高WO₃光电极的稳定性和产物选择性。Mn₃O₄是一种氧析出助催化剂，广泛存在于绿色植物光合作用过程中，进一步采用Mn₃O₄修饰WO₃/Fe₂O₃，可以促进WO₃/Fe₂O₃界面空穴转移速率，进而提高水分解效率。该制备方法均采用自然界储量丰富的元素作为原料，成本低廉，制备过程简单，有望实现WO₃光电极的商业化应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种WO₃/Fe₂O₃/Mn₃O₄复合光阳极薄膜的制备方法，本发明的目的通过以下操作步骤实现：