[发明专利]一种将氧空位可控制备到三氧化钨特定晶面上的方法

说明书

本发明公开了一种将氧空位可控制备到三氧化钨特定晶面上的方法，该制备方法包括以下步骤：S1,将二水合钨酸钠溶于去离子水中，向水溶液加入HCl连续搅拌t1，用去离子水离心彻底清洗凝胶后，将沉淀转移到HCl溶液中，室温搅拌t2，将溶液转移到四氟乙烯内衬不锈钢高压釜中，在烘箱中保存t3，冷却至室温后，用去离子水和无水乙醇洗涤数次，干燥，将制备的前驱体进行退火处理，得到最终产物标记为WO₃‑001；S2,WO₃‑001和NaBH₄以一定的比例混合并彻底研磨，混合粉末在N₂气氛下煅烧t4，然后用蒸馏水和无水乙醇洗涤，去除残留的NaBH₄，最后，在室温下干燥产物。利用此方法成功地制备了以(001)面为主要暴露面的高分散纳米片，并以NaBH₄为还原剂在其表面构建稳定的氧空位。

技术领域

本发明涉及半导体基光催化水分解技术领域，更具体地说，涉及一种将氧空位可控制备到三氧化钨特定晶面上的方法。

背景技术

能源资源的日益减少和环境的恶化迫切要求人们开发新能源。利用太阳能分解水制氢是实现太阳能转换的重要途径，是解决环境污染和能源问题的方法之一。半导体基光催化分解水是一种非常有前景的太阳能转换技术。三氧化钨(WO₃)作为常见的氧化型半导体，因其具有合适的带隙、稳定性较好、成本低、无毒且环境友好等优点在半导体光催化研究中备受关注。然而，由于其可见光吸收较弱、光生载流子的复合率较高，三氧化钨的在光催化应用上仍然受到很多限制。只有通过材料改性才能克服上述不足，其中通过控制样品形貌使其暴露不同的晶面是一种非常有效的方法。实验已经证明，不同的晶面上催化活性显著不同。近年来有很多关于合成WO₃不同晶面并将其应用到光催化研究中的报道。Gong等人采用溶剂热法合成了一种有高暴露比例的 (002)面单斜WO₃，发现其具有良好的光电转换效率[1]。Liu等人制备了具有不同晶面的WO₃阵列，并将双助催化剂担载到不同晶面上，这样导致光生电子和空穴在WO₃的不同晶面上定向沉积，实现了光生电荷的有效空间分离[2]。 Zhang等人采用水热法合成了高暴露比例(100)面的WO₃单晶,与没有特定晶面暴露的WO₃相比，其价带边位置更正，所以其表现出更优异的光催化水氧化性能[3]。上述实验表明，晶面工程是一种有效增强半导体光催化性能的方法。

缺陷工程也是提高半导体光催化性能的一种有效的改性方法。Liang等人设计了一种超薄缺氧立方相WO₃半导体，实现了红外光驱动的二氧化碳还原 [4]。Ma等人制备了具有氧和钨空位的WO₃，空位的形成提高了载流子密度从而导致电导率升高，因此，利用此种方法制备的WO₃光阳极的光电化学性能大幅提升[5]。Wang等人用乙二胺锂合成了具有表面缺陷的WO₃，这些缺陷导致 WO₃表面形成了薄的无序层，表面无序层使其导带位置高于氢还原电位，从而使不具有产氢活性的WO₃实现了分解水产氢[6]。

虽然晶面工程和缺陷工程可以促进WO₃光催化性能，但是鲜有报道在WO₃特定晶面上可控合成氧空位的方法。由于晶体中原子的排列不同，在不同的晶面上构造氧空位时所使用的合成方法会有差异。因此，亟需提供一种将氧空位可控分布到特定晶面上的材料制备方法。

[1]Gong H,Ma R,Mao F,et al.Light-induced spatial separation ofcharges toward different crystal facets of square-like WO3[J].Chem Commun(Camb),2016,52(80):11979-11982。