一种WO3/CuWO4-CuO分级异质结光电极的制备方法

本发明属于光电催化分解水，尤其涉及一种wo3/cuwo4-cuo分级异质结光电极的制备方法。

背景技术：

1、光电催化分解水是将太阳能转换为清洁氢能的有效策略，是解决当前能源环境问题的无碳能源经济的理想能源载体。其原理是半导体光电极吸收光后激发出电子和空穴来进行相应的氧化还原反应，然而水分解析氧反应所涉及的四电子转移过程导致其动力学缓慢，限制了光电化学分解水制氢效率。因此，开发具有高吸收能力和光生电荷分离效率的光电极材料是提高光电催化性能的关键。

2、wo3作为一种可见光响应的n型半导体，由于具有合适的带隙宽度、良好的电子迁移率和适宜的空穴扩散长度，成为备受关注的光阳极材料。但其大量的表面缺陷态和较差的光生载流子分离能力导致严重的复合限制了wo3光电极的实际应用。目前已开发各种策略，如形貌控制、元素掺杂、构建异质结和表面修饰等来提高wo3光阳极的光电催化水氧化性能。其中，选择能带结构匹配的高性能半导体材料构建高质量异质结构是提高载流子分离能力的一种有效途径。而使用多种半导体材料构成的具有分支结构的分级异质结光电极，可以利用不同半导体的光吸收特性及各组分之间的协同效应同时提高光吸收效率和光生载流子分离效率，是另一种提高太阳能光电催化分解水产氢活性的有效策略。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种wo3/cuwo4-cuo分级异质结光电极的制备方法，旨在解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种wo3/cuwo4-cuo分级异质结光电极的制备方法，所述制备方法是通过cuo与wo3/cuwo4复合构建具有分级结构的三元异质结光电极。

4、进一步的，包括以下步骤：

5、步骤一、制备wo3纳米棒阵列薄膜；

6、步骤二、原位制备wo3/cuwo4异质结构纳米棒阵列薄膜；

7、步骤三、制备wo3/cuwo4-cuo分级异质结光电极薄膜。

8、进一步的，所述步骤一的具体操作为：

9、1g铵盐溶于95ml水中，加入3ml浓盐酸，再加2-4ml过氧化氢，搅拌均匀得到wo3前驱体溶液；

10、将洗净的fto导电面朝下放入水热反应釜中，加入20ml的wo3前驱体溶液，160℃反应4-6h，反应结束后冷却至室温，用无水乙醇和蒸馏水交替洗涤，干燥，最后在500℃进行退火处理1-2h，得到wo3纳米棒阵列薄膜。

11、进一步的，所述步骤二的具体操作为：

12、配制cu2o电沉积前驱体溶液：以cuso4·5h2o为前驱体，去离子水为溶剂，配制0.48-0.5mol/l的反应溶液，加入14-16ml的乳酸作为络合剂，随后加入10mol/l的naoh调节溶液的ph值为10，最后搅拌1h后即可得到cu2o电沉积前驱体溶液；

13、将cu2o电沉积前驱体溶液加入电沉积槽中，以wo3纳米棒阵列薄膜为工作电极，饱和ag/agcl作为参比电极，pt片作为对电极，组成三电极体系进行电沉积；反应温度为35-40℃，外加偏压为-0.5v vs.ag/agcl，电沉积时间为30-60s，得到wo3/cu2o异质结薄膜，最后在500℃的空气中退火1h，制备wo3/cuwo4异质结构纳米棒阵列薄膜。

14、进一步的，所述步骤三的具体操作为：

15、以乙酸铜为前驱体，乙醇为溶剂，配制0.05-0.06mol/l的反应溶液，将步骤二得到的wo3/cuwo4放入反应釜中，130℃反应20-24h，即在wo3/cuwo4薄膜上负载一层cuo种子层；

16、将制得的wo3/cuwo4/cuo种子层薄膜放入50ml的5mmol/l乙酸铜溶液中，随后加入0.7ml的氨水，85-90℃反应4h，最后在450℃退火1.5-2h，制备wo3/cuwo4-cuo分级异质结光电极薄膜。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

18、1、本发明结合水热法、电沉积、热处理和溶剂热技术，制备出了一种具有分级结构的三元wo3/cuwo4-cuo阵列，作为高效光电催化分解水光阳极。其中wo3纳米棒阵列较高的电子迁移率，可作为有效的电荷传输路径。通过原位反应得到的cuwo4中间层可产生高质量的界面提高稳定性。表面负载的cuo纳米针层作为光吸收剂，提供丰富的反应活性位点，降低表面反应势垒，提高水氧化反应动力学。

19、2、本发明制备的wo3/cuwo4-cuo分级异质结光电极不仅能够拓宽可见光吸收能力，促进光生载流子的分离和传输，还可提供反应活性位点和传质通道，加速光电催化分解水反应。

20、3、本发明提供的制备方法简单，反应条件温和，成本低，环保性和重复性高，为设计高性能分级异质结光电极材料提供新的研究思路。

技术特征：

1.一种wo3/cuwo4-cuo分级异质结光电极的制备方法，其特征在于，所述制备方法是通过cuo与wo3/cuwo4复合构建具有分级结构的三元异质结光电极。

2.根据权利要求1所述的wo3/cuwo4-cuo分级异质结光电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的wo3/cuwo4-cuo分级异质结光电极的制备方法，其特征在于，所述步骤一的具体操作为：

4.根据权利要求2所述的wo3/cuwo4-cuo分级异质结光电极的制备方法，其特征在于，所述步骤二的具体操作为：

5.根据权利要求2所述的wo3/cuwo4-cuo分级异质结光电极的制备方法，其特征在于，所述步骤三的具体操作为：

技术总结
本发明适用于光电催化分解水技术领域，提供了一种WO<subgt;3</subgt;/CuWO<subgt;4</subgt;‑CuO分级异质结光电极的制备方法，制备方法为：采用一步水热法在FTO导电玻璃上制备WO<subgt;3</subgt;纳米棒阵列薄膜；利用电沉积技术将Cu<subgt;2</subgt;O颗粒沉积到WO<subgt;3</subgt;纳米棒表面，经过热处理反应，原位生成WO<subgt;3</subgt;/CuWO<subgt;4</subgt;异质结构纳米棒阵列薄膜；配制Cu(C<subgt;2</subgt;H<subgt;3</subgt;O<subgt;2</subgt;)<subgt;2</subgt;·2H<subgt;2</subgt;O溶液，采用种子层诱导的两步法在WO<subgt;3</subgt;/CuWO<subgt;4</subgt;薄膜表面负载一层CuO纳米针，最终得到WO<subgt;3</subgt;/CuWO<subgt;4</subgt;‑CuO分级异质结构复合光电极。本发明制备的分级异质结光电极不仅能够拓宽可见光吸收能力，促进光生载流子的分离和传输，还可提供反应活性位点和传质通道，加速光电催化分解水反应。

技术研发人员：李晶晶,刘爽爽,安俊超,魏佳炜,冯崇,王玉江
受保护的技术使用者：洛阳理工学院
技术研发日：
技术公布日：2024/8/16