[发明专利]一种层片状WO3

说明书

本发明提供了一种层片状WO₃光阳极材料的制备方法及其在光电催化中的应用。所述制备方法包括以下步骤：S1、将钨片清洗后置于反应釜中，加入盐酸和硝酸进行反应，反应结束后，获得WO₃·H₂O中间体；S2、将WO₃·H₂O中间体浸泡在发泡剂溶液中，取出清洗干净后得到包含有发泡剂的WO₃·H₂O中间体；S3、将含有发泡剂的WO₃·H₂O中间体退火处理，得到层片状WO₃光阳极材料。本发明在制备工艺中引入发泡剂，成功制备了一种具有层片状结构的WO₃光阳极材料，可有效应用在光电催化中，相对于传统块体状WO₃光阳极材料，具有更好的光电流密度、光电转换效率和光电催化稳定性。

技术领域

本发明涉及一种层片状WO3光阳极材料的制备方法及其在光电催化中的应用，属于光阳极材料制备技术领域。

背景技术

半导体材料具有区别于金属和绝缘体的能带结构。当光子能量高于半导体吸收阈值的光照射半导体时，半导体的价带电子将发生带间跃迁，即从价带跃迁到导带，从而产生光生电子(e-)和空穴(h+)。此时，在偏压的辅助作用下，电子和空穴分别迁移到阴极和阳极界面，还原和氧化水生成氢气和氧气。其反应条件温和(常温常压)，且化学性质稳定、氧化还原性强、成本低、使用寿命长。在半导体家族中，WO₃是最具代表性的重要半导体光阳极材料之一，具有如下几个方面的特性和优势：i)具有相对较窄的带隙(～2.7eV)，可以吸收～12％的太阳光谱；ii)较长的空穴扩散长度(～150nm)，这意味着，尺寸小于150nm的WO₃纳米颗粒，其光生电子-空穴对在他们复合之前，可以有效到达光阳极/电解液的界面，抑制光生载流子复合；iii)高电荷迁移率(～12cm2 V^-1s^-1)，即光生载流子可以快速输运到界面参与光电催化反应；iv)良好的稳定性，耐光腐蚀性。然而，尽管当前WO₃光阳极材料的研究已经取得了一些进展，但依然面临如下一些主要的困难和挑战:i)比表面积偏低；ii)表面吸附性差； iii)吸光性差。目前报道的WO₃纳米光阳极材料微观结构主要包括纳米线、类石墨烯结构的二维纳米片、纳米棒以及纳米薄膜等。然而，基于这些微观结构所构筑的WO₃光阳极材料，在AM 1.5的光源照射下的光电流密度值大部分小于2mA/cm²，不到理论光电流值的50％(理论值为～4.0mA/cm²)，尚大有潜力可挖。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题，提出了一种层片状WO₃光阳极材料的制备方法，获得的新型层片状WO₃光阳极材料相比传统的块体WO₃光阳极材料，显著提高了光电催化性能。

本发明一个方面是提供了一种层片状WO₃光阳极材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将钨片清洗后置于反应釜中，加入盐酸和硝酸进行反应，反应结束后，获得WO₃·H₂O中间体；

S2、将WO₃·H₂O中间体浸泡在发泡剂溶液中，取出清洗干净后得到包含有发泡剂的WO₃·H₂O中间体；

S3、将含有发泡剂的WO₃·H₂O中间体退火处理，得到层片状WO₃光阳极材料。

作为优选，所述盐酸的质量分数≥36％，所述硝酸的质量分数≥ 67％，所述盐酸和硝酸的体积比为3:1。

作为优选，所述步骤S1的反应温度为90-150℃，反应时间为2-5h。