樊明明

摘 要：通過(guò)液相沉積法（LPD）在鈦片基底上制備了W摻雜氧化鋅（W-ZnO）薄膜。并對(duì)該薄膜進(jìn)行了場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡（FESEM）、和紫外-可見(jiàn)（UV-vis）光譜測(cè)定，說(shuō)明該膜為一層致密薄膜，W的引入使得薄膜的最大吸收波長(zhǎng)發(fā)生了紅移。交流阻抗（EIS）、循環(huán)伏安（CV）、光電流響應(yīng)（CA）等的分析測(cè)定結(jié)果表明，W-ZnO在紫外光照射下，表現(xiàn)出極強(qiáng)的光電催化性能。

關(guān)鍵詞：W-ZnO/Ti 光電催化 PNP

中圖分類(lèi)號(hào)：TU991 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）06（c）-0028-02

1 材料與方法

1.1 試劑

氧化鋅、PNP、鎢酸鈉，分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；濃鹽酸、硝酸，分析純，開(kāi)封東大化工有限公司；雙氧水，分析純，天津凱通化工有限公司；氫氟酸，分析純，天津天力化學(xué)試劑有限公司。實(shí)驗(yàn)用水為二次蒸餾水。

1.2 W-ZnO薄膜的制備

本實(shí)驗(yàn)中用LPD法制備了ZnO/Ti薄膜電極。制備前，首先用洗液（HF∶硝酸∶水=1∶3∶6，v/v/v）清洗鈦片，然后分別在乙醇和水中超聲10 min，最后用氮?dú)獯蹈蓚溆?。沉積液的制備：首先，將過(guò)量的ZnO粉溶入50 mL HCl（2.25 mol·L-1）中，在25 ℃下恒溫?cái)嚢?h；然后過(guò)濾，濾液盛放在聚四氟乙烯燒杯中，加入8 mL Na2WO4（8.488×10-3 mol·L-1）溶液，將之前準(zhǔn)備好的鈦片垂直掛入聚四氟乙烯燒杯中；最后，在40 ℃水浴鍋中預(yù)熱3～5 min后，向上述溶液中加入1mLH2O2（1 mol·L-1），形成沉積液。上述體系在40 ℃水浴鍋中沉積2 h后，取出鈦片，用蒸餾水清洗后吹干，于450 ℃退火煅燒2 h。

1.3 實(shí)驗(yàn)儀器與操作

X射線衍射儀（PANalytical B.V，荷蘭）；場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡（Sirion200，荷蘭）；紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)（UV-2000，尤尼柯（上海）儀器有限公司）。

2 結(jié)果與討論

2.1 W-ZnO薄膜的表面特性分析

從圖1中可以看出，純ZnO電極的表面為寬1.2 μm，長(zhǎng)3.8 μm的圓柱形棒狀結(jié)構(gòu)，而W-ZnO電極的表面為一層致密的薄膜，說(shuō)明W的引入改變了ZnO的表面形貌?？赡苁怯捎赪6+的引入，導(dǎo)致晶粒表面的價(jià)態(tài)發(fā)生變化從而使得晶格尺寸變小，薄膜表面更加均勻[1]，從表觀上看，形成了一層致密薄膜。這種均勻的小顆粒有利于對(duì)光及污染物分子的吸收。

從UV-vis光譜實(shí)驗(yàn)得出，純ZnO在490 nm處有一個(gè)很強(qiáng)的吸收峰，W的摻入改變了薄膜的紫外-可見(jiàn)吸收特性。最大吸收峰從490 nm紅移到535 nm，1.2‰W-ZnO電極吸收強(qiáng)度最大。主要是由于W的摻入，使得ZnO的禁帶寬度變窄。帶隙能量由下述公式?jīng)Q定[2]：

Eg=1239.8/λ （1）

其中λ表示激發(fā)光的波長(zhǎng)（nm），如表1所示。帶隙能量由純ZnO的2.53 eV降低到1.2‰W-ZnO的2.32 eV。表明摻雜W后，其電子特性影響了ZnO的帶隙，從而促進(jìn)了其對(duì)光量子的吸收，所以1.2‰W-ZnO光催化特性最好。

2.2 光電化學(xué)表征

2.2.1 EIS分析

圖2為不同組分W摻雜氧化鋅薄膜的EIS圖譜，從圖中可以看出，當(dāng)摻雜濃度從0.3‰提高到1.2‰時(shí)，阻抗半徑明顯減小，當(dāng)濃度繼續(xù)提高到1.2‰～1.8‰時(shí)，阻抗半徑依次逐漸變大，1.2‰W-ZnO的阻抗半徑最小。通過(guò)計(jì)算各組分電極的界面電阻Rct，結(jié)果如表2所示。從表2中可以看出，1.2‰W-ZnO具有最好的界面電子傳遞能力，表明其具有較好的光電催化能力。

2.2.2 光電效應(yīng)

為了進(jìn)一步表征所制備薄膜電極的光電特性，對(duì)1.2 ‰ W-ZnO薄膜電極進(jìn)行了線性掃描伏安（LSV）曲線和光電流的檢測(cè)，如圖3所示。

從圖3中可以看出，在紫外光光照條件下，其電流-電壓曲線比無(wú)光照時(shí)明顯增大。同時(shí)，較之純ZnO，由于金屬離子可以作為內(nèi)表面電荷傳送的媒介或者作為復(fù)合中心[2]，摻雜后的ZnO的光電響應(yīng)發(fā)生了明顯的變化。W-ZnO電極的較之純ZnO電極的具有更高的光電響應(yīng)性能，從而具有更好的光電催化作用。光電流大小1.358 μmol L-1>2.037 μmol L-1>0.679 μmol L-1>0.340 μmol L-1>ZnO，表明隨著W的摻雜量的增大，光電響應(yīng)增強(qiáng)，最優(yōu)摻雜量為1.358 μmol L-1（即1.2 ‰W-ZnO），光電流大約可以達(dá)到1 080 μA左右，且在光照開(kāi)始與結(jié)束瞬間電流都立刻發(fā)生了響應(yīng)，如圖4所示。W-ZnO薄膜電極具有良好的光電響應(yīng)特性，可用于光電催化降解污染物。在這里W作為電子陷阱抑制電子-空穴對(duì)的結(jié)合率，提高表面電荷的傳遞速率。過(guò)高的W摻雜量使得電子-空穴對(duì)結(jié)合率反而增高[3]。

綜上所述，1.2‰W-ZnO薄膜電極具有較好的光電催化特性。

參考文獻(xiàn)

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