掺杂氧化铪钝化层的三氧化钨薄膜

随着传统化石燃料的大量燃烧导致对能源和环境问题的需求不断增加，寻求清洁和可持续能源作为替代品引起了广泛的研究兴趣。由于其无毒、理想的燃烧效率和高重量能量密度，氢气似乎是一种很有前途的替代品。在许多公认的制氢方式中，光电化学（PEC）水分解已被广泛认为是一种有吸引力的解决方案。

三氧化钨 (WO3) 被认为是最关键的半导体材料，由于其带隙小（2.5-2.8 eV）和空穴扩散长度（~150 nm），具有良好的 PEC 水分解能力。作为 n 型半导体，WO3 具有高电子霍尔迁移率 (12 cm2V−1s−1) ，吸收太阳光谱的 12%。

在半导体表面掺杂钝化层可以提高WO3的光催化性能，因为钝化层可以影响表面缺陷位点，抑制半导体表面的电子-空穴复合。氧化铪 (HfO2) 是一种宽带隙材料，广泛用于染料敏化太阳能电池和金属氧化物半导体高电子迁移率晶体管 (MOS-HEMT) [40] 作为钝化层。

据报导，掺杂氧化铪钝化层通过简单的溶剂热方法掺杂在 三氧化钨薄膜的表面，以获得增强光电化学性能。 HfO2-WO3 薄膜的制作方法如下：

首先，通过溶液法制备WO3纳米颗粒。在一个典型的实验中，聚乙烯吡咯烷酮 (PVP K-30, 2.0 g) 悬浮在去离子 (DI) 水 (15.0 mL) 中。将偏钨酸铵 ((NH4)6H2W12O40·xH2O, 1.478 g, Aldrich) 溶解在 10.0 mL 蒸馏水中，然后在搅拌下滴入 PVP 溶液中。超声处理 30 分钟后，搅拌溶液 2 小时。然后，加入2.0g聚乙二醇 (PEG1000) ，并将系统再搅拌4小时。溶胶-凝胶在 80°C 下干燥，并在 600°C 下在空气中烧结 1 小时。

其次，将 0.3 g 制备的 WO3 纳米颗粒悬浮在 30 mL 含有 14 mg HfO2 的浓硫酸溶液中。 110℃溶剂热处理2h后，离心产物，用去离子水和无水乙醇洗涤。然后在60°C的烘箱中干燥后获得样品。为了比较，未添加 HfO2 的情况下也以这种方式处理了裸 WO3 纳米颗粒。

采用刮刀技术制备了纳米多孔 HfO2-WO3 薄膜包覆的 FTO 电极。在涂覆之前，分别在丙酮/异丙醇/甲醇/去离子水中净化 FTO 物质。将0.175g HfO2-WO3、0.05g PEG20000、0.025g乙基纤维素、0.8mL萜品醇、0.2mL乙酰丙酮和0. 2mL氚添加到玛瑙罐中。通过球磨8小时获得糊状物。通过刮刀涂布机将所得糊状物挤压在 FTO 基材上，并在 60°C 下干燥 30 分钟。最后，以 2 ℃/min 的升温速率在 450 ℃下煅烧 30 分钟，得到 HfO2-WO3 薄膜电极。为了比较，还制作了 WO3 薄膜电极。

总之，据报导，掺杂氧化铪钝化层通过简单的溶剂热方法掺杂在三氧化钨薄膜的表面，以获得增强光电化学性能。样品的形态和尺寸没有明显变化。与裸 WO3 薄膜电极相比，HfO2-WO3 薄膜电极在可见光照射下表现出增强的光电化学活性。

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