[发明专利]一种WO3

说明书

本发明涉及一种WO3/CuWO4/NiFe LDH三元复合光电极薄膜的制备方法，属于光电催化技术领域。所述的复合光电极能够克服WO3稳定性低和产物选择性弱等关键问题，成功实现光电化学水分解过程中的长期稳定运行，具有极强的应用价值。该三元复合光电极材料的制备方法主要包括以下步骤：以钨酸钠和草酸铵为原料，140oC水热反应6h，合成WO3薄膜电极；通过浸渍的方式将硝酸铜的乙酸溶液滴加在WO3薄膜电极表面，500oC高温煅烧，部分WO3与CuO反应生成钨酸铜，即得WO3/CuWO4薄膜电极；然后配置硝酸铁和硝酸镍的电解质溶液，通过电沉积方法将NiFe层状化合物负载在WO3/CuWO4电极表面，最终得到WO3/CuWO4/NiFe LDH三元复合光电极。

技术领域

本发明涉及一种WO₃/CuWO₄/NiFe LDH三元复合光电极薄膜的制备方法，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可见光响应的WO₃/Fe₂O₃/Mn₃O₄三元复合光电极的制备方法，该复合光电极能够有效利用太阳能实现持续稳定的氢气析出。

背景技术

氢能是一种清洁无污染的能源，开发高效、清洁和低成本的制氢技术是实现氢能利用的关键。光电催化水分解技术模拟植物的光合作用，半导体材料吸收太阳能，产生光生载流子，光生电子还原氢离子生成氢气，而光生空穴氧化水产生氧气。该过程绿色环保，操作简单，可实现室温下水的直接分解，在未来能源领域具有广阔的应用前景；但是，光电催化技术的量子效率依然很低，主要是因为光生载流子复合太快，而界面电荷转移太慢。此外，光电极的性能会随着光照时间的增加而下降，无法实现长期稳定运行，不能满足实际应用的要求。

WO₃是一种带隙为2.6eV的可见光半导体，因其低成本、无毒、良好的载流子输运性能而被视为最具市场竞争力的光阳极材料之一，吸引了越来越多投资者的关注。但是，WO₃稳定性较弱，导致光电催化性能快速衰减。而且WO₃的光吸收系数较低，空穴扩散距离短，大大限制其光电催化效率。因此，提高WO₃稳定性、促进其光生空穴的转移是实现WO₃商业应用的前提。 WO₃的不稳定主要来源于化学溶解和光腐蚀两个方面。暗态时，当溶液的pH值大于4时，WO₃会与溶液中的OH^-离子直接作用，生成钨酸根离子，导致WO₃化学溶解；光照时，光生空穴氧化水，产生过氧物种，累积在WO₃表面，导致WO₃稳定性下降。因此，提高WO₃的稳定性，抑制光照下过氧物种的产生，是提高WO₃光电催化活性的重要途径。CuWO₄是一种金属钨酸盐，也是一种可见光响应的半导体材料，光吸收范围和稳定性均较WO₃提高，利用钨酸铜修饰WO₃，能够在WO₃表面形成一层保护膜，有望大幅提高WO₃光电极的稳定性和产物选择性。NiFe水滑石(NiFe LDH)具有优越的氧析出反应(OER)活性，能够降低反应的能垒和过电位，从而提高能源的转化效率，被认为是一类具有广阔发展前景的OER电催化剂。更重要的是，Ni、Fe 元素在自然界的储量丰富，成本低廉，利用NiFe LDH进一步修饰WO₃/CuWO₄，能够促进界面空穴转移的速率，从而提高光电极的反应活性，在未来能源领域具有重要的应用前景。

发明内容