[发明专利]一种含缺陷的WO3

说明书

本发明提供一种含缺陷的WO₃光电极的制备方法，WO₃电极采用水浴的方法生长在导电玻璃的导电面，用导线将WO₃电极与金属箔连接，然后将WO₃电极和金属箔同时浸入一定浓度的电解质溶液中，WO₃膜的颜色由黄色逐渐变为蓝色，同时材料表面会产生缺陷。WO₃膜的光吸收特性和颜色变化可通过控制反应时间、金属箔的还原电势以及溶液的浓度。该制备方法工艺简单，有利于大规模制备生产。该类材料将在光电分解水制氢，化学致变色，太阳能电池等方面具有巨大的应用前景。属于光电极改良技术领域。

技术领域

本发明涉及一种含缺陷的WO₃光电极的制备方法，属于光电极改良技术领域。

背景技术

随着现代人类社会的快速发展，以及人口的持续增长，能源短缺成为制约经济发展的中心问题，因此世界各国都在寻找新能源和节能途径。在众多可再生清洁能源中，对太阳能的利用备受人们关注，因为太阳能是取之不尽，绿色方便的天然能源。根据对太阳能的利用方式，可将其分为三种，即光电转换、光热转换以及光化学转换。作为太阳能光化学转换技术之一的光解水制氢技术，成为当今太阳能利用技术研究领域的前沿。光解水制氢的原理是半导体在太阳光的照射下，由于光电效应会在导带和价带分别产生电子和空穴，由此产生电子和空穴可分别用来还原和氧化水产生氢气和氧气。而氢气作为一种清洁能源，具有无毒无臭、质量能量密度大、燃烧热值高等优点，此外氢气运输方便，是一种理想的能源载体。利用光催化制氢技术可以将广泛的太阳能转化为清洁的氢能，为解决能源短缺和环境恶化问题提供了一种理想的解决方案。

常用的光催化剂有TiO₂、ZnO、CdS、WO₃等，其中WO₃是一种典型的窄带隙的间接半导体，禁带宽度Eg＝2.6～2.8eV，可以吸收太阳光中的部分可见光。此外，氧化钨具有较高的载流子迁移率，并且在酸性电解液和对光腐蚀的稳定性，以上这些优点使其成为光电化学分解水领域里的研究热点。另外钨氧化物的W⁶⁺易变价性和结构多样性，使其表面性质和电子结构具有很大的可调性，逐渐成为缺陷工程领域非常受关注的材料，并在光电、光热催化领域得到了广泛应用。然而，氧化钨虽然可以吸收可见光，但是由于氧原子的深2p轨道，其仅可吸收很少部分可见光，对于光吸收仍然不足。而且氧化钨空穴迁移率较低，导致光生载流子复合严重。另外氧化钨是一种酸性半导体，在中性或碱性电解液中不能稳定存在。这些缺点限制了其在进一步应用。

最近的研究表明，在氧化物半导体中引入适量浓度的缺陷，可以增强光催化剂的光吸收特性、电荷分离效率以及催化反应动力学，并以此提高光电极的光电活性。然而，传统的缺陷引入方法常常涉及高温惰性气氛处理，不仅反应条件苛刻，而且制备流程复杂、费用高昂。为了克服上述传统制备方法中的缺点，本发明提出一种常温下半导体缺陷的引入方法，并可实现对光电极缺陷浓度和光吸收特性的精确调控。

发明内容

本发明提供一种含缺陷的WO₃光电极的制备方法，该类WO₃光电极具有较小的阻抗，增强的可见及红外光吸收能力，可有效提高WO₃电极的光电化学分解水效率，并且成本低、制备方法简单、绿色环保。

为达到上述目的，拟采用这样一种含缺陷的WO₃光电极的制备方法，具体步骤如下：

(1)WO₃光电极的制备：在钨酸钠溶液中加入一定量的HCl溶液，得到黄色的钨酸悬浊液，然后加入一定量的草酸铵，得到透明澄清溶液。将清洗干净的 FTO导电玻璃导电面朝下放入溶液中，在一定温度的水浴中反应一定时间，得到明黄色的H₂WO₄电极。将制备的H₂WO₄电极放入马弗炉中退火一段时间，得到浅黄色的WO₃电极；