CN108588687A - 浸渍提拉镀膜法制备三氧化钨薄膜光阳极 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种以钨酸(H2WO6)粉末和30％双氧水(H2O2)为原料，通过全自动浸渍提拉镀膜仪在导电玻璃(FTO)上制备出三氧化钨(WO3)薄膜光阳极的方法。通过调节全自动浸渍提拉镀膜仪的保留时间，浸渍时间，浸渍次数，提拉温度，最终得到最佳的反应条件：反应温度在30℃，浸渍时间每次为60s，保留时间每次为180s，浸渍次数在9次时，WO3薄膜的电化学性能最好。

Description

浸渍提拉镀膜法制备三氧化钨薄膜光阳极
技术领域
本发明涉及一种以钨酸(H2WO6)粉末和30％双氧水(H2O2)为原料，通过全自动浸渍提拉镀膜仪在导电玻璃(FTO)上制备出三氧化钨(WO3)薄膜光阳极的方法。通过调节全自动浸渍提拉镀膜仪的保留时间，浸渍时间，浸渍次数，提拉温度，最终得到最佳的反应条件：反应温度在30℃，浸渍时间每次为60s，保留时间每次为180s，浸渍次数在9次时，WO3薄膜的电化学性能最好。此方法为利用全自动浸渍提拉镀膜仪制备薄膜电极提供一种参考。
背景技术
目前，人们已发现的具有电致变色效应的材料有多种类型，这些材料得到了不断的发展，从而使其成为一个蓬勃发展的学科。其中，氧化钨薄膜自1969年被Deb发现具有电致变色性以来，一直备受瞩目，这一研究领域就受到了越来越多人的重视。特别是近十年来人们发现其在大面积太阳能器件应用上所具备的巨大潜力，使得研究重点集中在汽车工业、可控太阳能窗口等方面，是新一代建筑及车用节能窗SMART WINDOWS器件变色层的重要候选材料之一。氧化钨具有独特的理化性和电子特性，因而在变色窗、光催化、燃料电池、化学传感器、太阳能转化等功能性领域有良好的应用。在大面积沉积氧化物薄膜方面，溅射法、CVD法和溶胶-凝胶等逐渐成为比较有前途的制备技术。溶胶-凝胶法相对于真空镀膜法，它不需要复杂、昂贵的设备，能简单地制备大面积膜层，从而大大降低了生产成本。同时，利用溶胶-凝胶法还可以较为直接地改进和控制膜层的微结构。实验证明，薄膜的微结构对于器件的变色动力学、变色效率、电荷存储特性等因素都是至关重要的。氯醇盐溶胶-凝胶法制备氧化钨电致变色薄膜，在近年来获得了快速发展，作为一种潜在的实用制备技术，具有一定研究和探索价值。在目前众多成膜方法中这种溶胶凝胶法是最适合在光纤上成膜的方法之一。
本研究中，利用溶胶凝胶-浸渍提拉镀膜法，浸渍提拉镀膜法适合工业化应用，可以大规模制备光阳极。因此，本研究中，在导电玻璃(FTO)表面沉积WO3薄膜，制备出WO3光阳极，并研究薄膜厚度对其光电化学性能的影响。
发明内容
本发明目的是提供一种以钨酸(H2WO6)粉末和质量分数30％双氧水(H2O2)为原料，通过全自动浸渍提拉镀膜仪在导电玻璃(FTO)上制备出三氧化钨(WO3)薄膜的方法。
本发明通过以下步骤实现：
(1)向钨酸(H2WO6)中加入H2O2溶液，超声后均匀搅拌至形成浅黄色溶液；得到配好的钨酸溶液。
进一步地，钨酸(H2WO6)与H2O2溶液的质量体积比为0.5g:20mL；H2O2溶液的质量百分浓度为30％；均匀搅拌时间为2小时。
(2)FTO片分别经过丙酮、乙醇、去离子水洗；将FTO片放置在全自动浸渍提拉镀膜仪中，设置提拉速度。
所述FTO片的尺寸为3cm×1.5cm；所述全自动浸渍提拉镀膜仪上升和下降的提拉速度为1000um/s。
(3)通过控制FTO片在配好的钨酸溶液中的浸渍时间，浸渍次数，提拉温度，FTO片在空中保留时间，得到最佳的反应条件，最后将得到的FTO光阳极在马弗炉中煅烧，自然降温后得到WO3薄膜光阳极。
进一步地，整个过程控制温度为20-80℃，优选30℃。
进一步地，FTO片在配好的钨酸溶液中浸渍时间为20～100s，优选60s。
进一步地，浸渍次数为3-15次，优选9次。
进一步地，FTO片在空中保留时间为120～300s，优选180s。
进一步地，最后将得到的FTO光阳极在马弗炉中500℃煅烧2小时，升温速度为2℃/min。
本发明所得WO3光阳极，薄膜厚度恰好，表面形貌均匀。
利用X-射线衍射(XRD)仪和扫描电子显微镜(SEM)等仪器对产物进行结构和形貌的分析。
附图说明
图1为以X光衍射分析法来检测利用溶胶-凝胶法所制备的氧化钨薄膜。
图2为浸渍提拉不同次数的氧化钨薄膜表面的扫描电镜(SEM)图。
图3为浸渍提拉不同次数的氧化钨薄膜截面的扫描电镜(SEM)图。
图4为浸渍提拉不同次数的氧化钨薄膜光电化学性能测量的线性扫描曲线(LSV)图。
图5为浸渍提拉不同次数的氧化钨薄膜光电化学性能测量的光电流-时间分辨曲线(i-t)图。
具体实施方式
实施例1三氧化钨(WO3)薄膜光阳极的制备
(1)先称取0.5g钨酸(H2WO6)放入到50mL烧杯中，然后加入30％H2O2溶液20mL，超声后均匀搅拌2小时形成浅黄色溶液。FTO片(3cm×1.5cm)分别经过丙酮、乙醇、去离子水洗。将FTO片放置在全自动浸渍提拉镀膜仪中，设置提拉速度为1000um/s(上升和下降)。FTO片在上述配好的钨酸溶液中浸渍时间60s，空中保留时间180s，整个过程中控制反应温度30℃。对FTO片拉膜次数分别为3，6，9，12，15次，最后将得到的FTO光阳极在马弗炉中500℃煅烧2小时，升温速度为2℃/min，煅烧结束后，自然降温得到WO3光阳极。
实施例2
将FTO片放置在全自动浸渍提拉镀膜仪中，FTO片在钨酸溶液中浸渍时间分别为20、30、40、50、70、80、90、100s，其他反应条件同实施例1。发现浸渍时间为60s时，光电响应达到最好。
实施例3
将FTO片放置在全自动浸渍提拉镀膜仪中，FTO片在空中保留时间分别为120、140、160、200、220、240、260、280、300s，其他反应条件同实施例1。发现空中保留时间为180s时，薄膜光电响应达到最好。
实施例4
将FTO片放置在全自动浸渍提拉镀膜仪中，过程中控制反应温度分别为20、40、50、60、70、80℃，其他反应条件同实施例1。发现过程中控制反应温度为30℃时，薄膜光电响应达到最好。
实施例5三氧化钨(WO3)薄膜光阳极的表征分析
如图1所示，由图中分析可以得到的光阳极材料为三氧化钨(WO3)。
如图2所示，由图中分析可以得到制备三氧化钨(WO3)薄膜随镀膜次数的改变，其表面形貌并没有太大变化。
如图3所示，由图中分析可以得到制备三氧化钨(WO3)薄膜随镀膜次数的改变，其厚度在逐渐的增加。
实施例6三氧化钨(WO3)薄膜光阳极的光电化学性能测量
(1)电化学测试采用三电极系统，以0.5mol/L的Na2SO4溶液做电解质溶液，WO3光阳极做工作电极，Pt丝做对电极，Ag/AgCl做参比电极。WO3光阳极上有1cm2的面积受光照，光源采用300W氙灯，距离WO3光阳极一定距离，使照在WO3光阳极上的光强为AM 1.5G。线性扫描(LSV)和电流密度与时间分辨曲线(i-t)在电化学工作站(辰华CHI 852)上测量得到。
(2)如图4所示，线性扫描(LSV)所示，在无光照情况下，WO3薄膜/FTO基片不产生光电响应。当有光照的情况下，随着镀膜次数的不同，光电响应也不同，在3-9次的过程中，随着镀膜次数的增加，光电响应也随着增加，在镀膜次数为9次的时候达到最好。随后，随着镀膜次数的继续增加，在12次和15次之后，光电响应开始降低，表面随着WO3薄膜厚度的增加，延长了光生载流子从WO3薄膜转移到FTO基片的距离，因而光电响应有所下降。所以，WO3薄膜/FTO基片光阳极的最好镀膜次数是9次。
(3)如图5所示，WO3薄膜/FTO基片光阳极进行电化学时间-电流密度分辨(I-T)测量，每隔30s进行一次开关灯测量，从图中可以看出，经过9次镀膜的WO3薄膜/FTO基片光阳极的电流密度最大，这个结果与上述的LSV检测结果相符合，且WO3薄膜/FTO基片光阳极经过8次循环之后，其电流密度基本没有下降，表面WO3薄膜/FTO基片光阳极具有很好的稳定性和循环使用性。

Claims (5)

1.浸渍提拉镀膜法制备三氧化钨薄膜光阳极，其特征在于，具体步骤如下：
(1)向钨酸中加入H2O2溶液，超声后均匀搅拌至形成浅黄色溶液；得到配好的钨酸溶液；
(2)FTO片分别经过丙酮、乙醇、去离子水洗；将FTO片放置在全自动浸渍提拉镀膜仪中，设置提拉速度；
(3)通过控制FTO片在配好的钨酸溶液中的浸渍时间，浸渍次数，提拉温度，FTO片在空中保留时间，得到最佳的反应条件，最后将得到的FTO光阳极在马弗炉中煅烧，自然降温后得到光电响应最好的WO3薄膜光阳极。
2.如权利要求1所述的浸渍提拉镀膜法制备三氧化钨薄膜光阳极，其特征在于，步骤(1)中，钨酸(H2WO6)与H2O2溶液的质量体积比为0.5g:20mL；H2O2溶液的质量百分浓度为30％；均匀搅拌时间为2小时。
3.如权利要求1所述的浸渍提拉镀膜法制备三氧化钨薄膜光阳极，其特征在于，步骤(2)中，所述FTO片的尺寸为3cm×1.5cm；所述全自动浸渍提拉镀膜仪上升和下降的提拉速度为1000um/s。
4.如权利要求1所述的浸渍提拉镀膜法制备三氧化钨薄膜光阳极，其特征在于，步骤(3)中，整个过程控制温度为30℃；FTO片在配好的钨酸溶液中浸渍时间为60s；浸渍次数为9次；FTO片在空中保留时间为180s。
5.如权利要求1所述的浸渍提拉镀膜法制备三氧化钨薄膜光阳极，其特征在于，步骤(3)中，最后将得到的FTO光阳极在马弗炉中500℃煅烧2小时，升温速度为2℃/min。
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