BiVO4和CuWO4及其復合膜的制備與組織結(jié)構(gòu)和UV-Vis光譜的研究.pdf

1、一直以來直接作光電極催化劑的BiVO4在光轉(zhuǎn)電、光解水中都會受到各種限制，如光吸收范圍小、光電轉(zhuǎn)換效率低等，其中一個最主要的原因是對可見光的吸收利用未能達到理論的最高值，而解決這個瓶頸最有效的方法就是與其它半導體復合，形成異質(zhì)結(jié)。
　　本文采用溶膠凝膠法制備出CuWO4、 BiVO4單層樣品薄膜和CuWO4/BiVO4復合薄膜，采用粘度計、金相顯微鏡、X射線衍射儀、掃描電子顯微鏡、X射線光電子能譜儀、紫外可見光分光光度計等測試方法

2、，分析干燥或熱處理等制備工藝對溶膠的黏度、薄膜表面組織結(jié)構(gòu)、成分、形貌等的影響。
　　1.采用溶膠凝膠法制備CuWO4膜，詳細研究了制備工藝參數(shù)的影響，得到以下結(jié)論:
　　1)采用旋涂法，在2000r/min轉(zhuǎn)速下可以得到表面質(zhì)量好的薄膜;將CuWO4前驅(qū)體膜先放置60min再進行干燥，能提高干燥過程中去除有機物的效果;CuWO4溶膠膜干燥時升溫速率控制在1℃/min～2℃/min內(nèi)效果最佳;
　　2)以1℃/min的

3、升溫速率升溫至550℃，對比了熱處理時間的影響，發(fā)現(xiàn)保溫3h的熱處理使CuWO4相衍射峰的強度顯著提高，結(jié)晶程度較好;采用快速降溫的冷卻方式非常不利于CuWO4樣品膜的結(jié)晶，衍射峰強度低，由謝樂公式得到的粒徑小;比較分析了三種不同基體（FTO導電玻璃、石英玻璃、普通玻璃）上.的CuWO4膜的結(jié)構(gòu)和形貌，表明，在FTO基體的CuWO4膜結(jié)晶程度較好，晶粒大，存在(111)擇優(yōu)取向。
　　3)采用旋涂法，于2000r/min轉(zhuǎn)速下，在

4、FTO基體上涂膜，靜置60min后于100℃下干燥120min，再以1℃/min～2℃/min升溫至550℃保溫3小時，然后隨爐冷，可以得到質(zhì)量好的CuWO4膜。
　　2.采用溶膠凝膠法制備BiVO4膜，詳細研究了制備工藝參數(shù)的影響，結(jié)果表明:
　　1)往BiVO4前驅(qū)體溶膠中加入配比為1∶100的CMC-Na后，黏度增加至2.3891×10-3Pa·s，此時溶膠能均勻鋪展在基體上，效果最好;對已經(jīng)熱處理好的BiVO4薄膜采

5、用再浸漬提拉的方式可以改善膜層均勻性，隨著在溶膠中浸漬時間的增加，BiVO4膜的晶粒逐漸變大，衍射峰的強度顯著提高，效果最佳的再浸漬生長時間在3h至5h范圍內(nèi);快速降溫不利于BiVO4樣品膜的結(jié)晶和晶粒的生長。
　　2)采用旋涂法，于2000r/min轉(zhuǎn)速下，在FTO基體上涂上添加了配比為1∶100CMC-Na的溶膠溶液，于60℃下干燥120min，再以1℃/min～2℃/min升溫至550℃保溫3小時，然后隨爐冷，再放入溶膠溶液

6、中，浸漬5h，再經(jīng)上述熱處理后可以得到質(zhì)量好的BiVO4膜。
　　3.采用“疊層法”制備出不同結(jié)構(gòu)和組合的多層復合膜，在研究其組成單元的XRD譜和表面形貌的基礎(chǔ)上，研究了這些復合薄膜的UV-Vis光譜，其結(jié)果如下:
　　1)與生長在FTO基體上的單層BiVO4相比，生長在CuWO4上的BiVO4薄膜的衍射主峰峰強更高，在(121)晶面上擇優(yōu)取向明顯;在FTO基體上，CuWO4單層膜的結(jié)晶度較好，呈近似六面體狀;而BiVO4膜

7、晶粒主要呈橄欖狀，出現(xiàn)極少量近似六面體狀晶粒，結(jié)晶程度不如前者，在CuWO4膜上的BiVO4膜的的晶粒呈規(guī)則六面體狀，與在FTO上生長的完全不同，且致密程度也高得多;
　　2)單層CuWO4對可見光的有效吸收范圍是493nm-530nm，將CuWO4增至五層，其吸收范圍稍有紅移，單層BiVO4對可見光的有效吸收范圍是485nm-570nm，將BiVO4增至五層，其吸收范圍明顯紅移;
　　3) BiVO4和CuWO4兩種薄膜的