檸檬酸對聚合物前驅體法制備 WO3 薄膜光電性質的影響

摘要：以偏鎢酸銨為鎢源，檸檬酸為絡合劑，聚乙二醇（PEG）為聚合物合成前 驅體溶膠，并用浸漬提拉法在 FTO 導電玻璃上制備了 WO3 薄膜，研究配位劑檸檬 酸對聚合物前驅體法制備 WO3 薄膜結構和光電性質的影響。采用 X 線衍射、拉曼 光譜和場發射掃描電鏡等手段研究薄膜的相組成及表面形貌，借助標準三電極體 系進行了光電化學測試，并進一步討論了檸檬酸對 WO3 薄膜光電性能影響機理。 結果表明：CA 和 W 摩爾比為 0，0.5，1.0 和 2.0 條件下薄膜表面顆粒平均尺寸 分別為 60，80，110 和 115nm，500W 氙燈照射 1.2 V（vs Ag/AgCl）偏壓條件下， 光電流密度分別為 2.4，3.2，3.4 和 3.5mA/cm2：檸檬酸的加入有效地改變了薄 膜的表面形貌，較高的表面粗糙度和較大的顆粒使得 WO3 薄膜電極有更好的光電 性能。

關鍵詞：檸檬酸；三氧化鎢：納米薄膜；光電化學

近年來，多種半導體材料如 TiO2，WO3，SrTiO3，CdS 和 ZnO 等被用作光陽 極材料進行光電化學制氫研究[1-6]。三氧化鎢（WO3）是 1 種穩定、無毒和價格 低廉的 n 型半導體材料，具有較小的禁帶寬度和良好的可見光響應等特點，因此， 在光催化和光電化學領域備受關注。目前制備 WO3 薄膜的方法有：真空蒸發法 [7]、濺射法[8]、溶膠-凝膠法[9-10]、陽極氧化法[11]及電沉積法[12-13]等。 其中有的技術方法設備要求高，制備工藝復雜，成本昂貴，且無法制備大面積的 膜。溶膠-凝膠法具有儀器簡單，成本低，易大面積成膜等優點。典型的溶膠- 凝膠法大致有鎢酸鹽酸化法、鎢粉過氧化聚鎢酸法、鎢酸鹽的離子交換法、鎢的 醇鹽水解法和氯化鎢的醇化法等幾種類型。但是，其中有的工藝存在反應復雜、 原料昂貴、溶膠穩定時間短等缺點。聚合物前驅體法也是溶膠-凝膠法的一種， 其過程是在含水的金屬鹽溶液中加入水溶性聚合物，如聚乙烯醇、聚丙烯酸和聚 乙二醇，由于它們都是陽離子配位有機聚合物，將大大改變原水前驅液的流變性 能。然后金屬離子將充當聚合物之間的交聯劑，聚合鏈中的隨機交聯把水圍在生 長的三維網絡中，使系統轉變為溶膠[14]。由于沒有復雜的反應，環境污染小。 工藝簡單和無需復雜的設備，該方法廣泛應用于納米粉體及薄膜材料的制備 [15-17]。檸檬酸因具有三羧基結構．在前驅體溶膠合成過程中，可作為金屬離 子絡合劑，對提高前驅體溶膠穩定時間和改變材料形貌具有顯著作用[14]。李文 章等利用聚合物前驅液法制備 WO3 薄膜，并研究其光電化學性質[l8]。為進一步 提高其光電性能，本文作者依據前驅體制備工藝的特點，選用檸檬酸為絡合劑， 以偏鎢酸銨為鎢源，聚乙二醇（PEG）為聚合物合成了前驅體溶膠，在 FTO 導電 玻璃基底制備 WO3 薄膜，研究檸檬酸對前驅體溶膠及 WO3 薄膜結構和光電性質的 影響，并探討其影響機理。