鋅修飾三氧化鎢薄膜光電極

1972年日本學者採用TiO₂進行太陽能光催化分解水制氫的成功，揭開了半導體光催化研究的序幕，也使人們意識到太陽能轉換為電能和化學能的應用前景。至今，半導體光電極分解水制氫和光催化氧化應用於水污染處理領域引起眾多科研工作者的廣泛關注。

在光催化材料領域，除二氧化鈦之外，研究比較多的半導體材料是三氧化鎢(WO₃)，早在1976年，美國科學家就已經在Nature雜誌上發表文章證明WO₃和TiO₂一樣可以作為光催化劑用於光電化學制氫。WO₃不僅具有廉價、無毒、穩定等物理化學性質方面的優點，而且具有很強的光電回應能力。

儘管WO₃具有以上優點，但在實際研究應用中，WO₃存在兩大制約問題。第一，WO₃禁帶寬度為2.5ev‑2.8ev，相應的光吸收邊帶為440nm‑500nm，依然限制了它對到達地球表面太陽光的利用；第二，WO₃中激子擴散長度比較短，e‑和h+只能在有限空間內移動，造成電子和空穴對的複合率很高，相應的光電轉換效率(IPCE)很低。

多年研究發現，修飾是提高三氧化鎢光催化性能的最有效手段。常見的修飾的材料有金、銀、鉑、鐵、銅、鋅、鉍、鈦等。這裡主要介紹一種鋅修飾三氧化鎢薄膜光電極材料。

鋅也是一種半導體材料，將兩者複合，可以利用半導體間的能帶結構特點，通過電子或空穴的轉移，使電子‑空穴的得到有效分離。其方法是以Zn(NO₃)₂為原材料，採用沉積法將鋅離子均勻分散於氧化鎢薄膜上，經過熱處理，最後得到ZnO/WO₃複合薄膜光電極材料，具體流程包括：

1）將的Na₂WO₄溶於50mL的蒸餾水，加入0.25~1.00mL品質百分比濃度為30%的H₂O₂溶液，攪拌3~5分鐘，得到含W₂O₇^2‑的溶液，加入30mL的乙二醇，攪拌1~3min,得到混合溶液，用2mol/L的高氯酸或硝酸調節PH值至1.10~1.30，加入蒸餾水使混合溶液的體積達到100mL，得到澄清的電解液；以ITO導電玻璃為工作電極，鉑片電極為對電極，飽和甘汞電極為參比電極，置於電解液中進行電沉積，相對于飽和甘汞電極的陰極電位為‑0.4V~ ‑0.6V,沉積時間為60分鐘, 晾乾，得到無定形氧化鎢薄膜，備用；

2）將無定形氧化鎢薄膜置於0.005mol/L的Zn(NO₃)₂溶液中浸漬20~40分鐘，用蒸餾水沖洗1~2分鐘，在空氣中自然晾乾，得到鋅修飾三氧化鎢薄膜；

3）將鋅修飾氧化鎢薄膜置於馬弗爐中，在450oC下高溫熱處理3小時，冷卻，得到鋅修飾三氧化鎢薄膜光電極。

鋅修飾三氧化鎢後在WO₃的表面形成了一層ZnO薄膜，由於ZnO的價帶位置與WO₃相比更負，當光照射到薄膜電極時，WO₃價帶上的光生空穴在電場力的作用下會流入ZnO的價帶中，從而抑制了WO₃光生電子和空穴的複合，達到了提高光電轉換效率和光電催化能力的目的。