液相沉积法制备W掺杂ZnO薄膜电极性能的研究

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1 材料与方法
1.1 试剂
氧化锌、PN P、钨酸钠，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；浓盐酸、硝酸，分析纯，开封东大化工有限公司；双氧水，分析纯，天津凯通化工有限公司；氢氟酸，分析纯，天津天力化学试剂有限公司。

实验用水为二次蒸馏水。

1.2 W-ZnO薄膜的制备
本实验中用LPD法制备了ZnO/Ti薄膜电极。

制备前，首先用洗液(HF ∶硝酸∶水=1∶3∶6,v/v/v)清洗钛片,然后分别在乙醇和水中超声10 min，最后用氮气吹干备用。

沉积液的制备:首先,将过量的ZnO粉溶入50 mL HCl(2.25 mol ·L -1)中，在25 ℃下恒温搅拌1h；然后过滤，滤液盛放在聚四氟乙烯烧杯中，加入8 mL Na 2WO 4（8.488×10-3 mol
·L -1）溶液，将之前准备好的钛片垂直挂入聚四氟乙烯烧杯中；最后，在40 ℃水浴锅中预热3～5 min后，向上述溶液中加入1m LH 2O 2(1 mol ·L -1)，形成沉积液。

上述体系在40 ℃水浴锅中沉积2 h 后，取出钛片，用蒸馏水清洗后吹干，于450 ℃退火煅烧2 h。

1.3 实验仪器与操作
X射线衍射仪（PA Na ly t ic a l B.V，荷兰）；场发射扫描电镜（S i r io n 200，荷兰）；紫外-可见分光光度计（U V-2000，尤尼柯（上海）仪器有限公司）。

2 结果与讨论
2.1 W-ZnO薄膜的表面特性分析
从图1中可以看出，纯Z n O 电极的表面为宽1.2 μm，长
3.8 μm的圆柱形棒状结构，而W-ZnO电极的表面为一层致密的薄膜，说明W的引入改变了Z nO 的表面形貌。

可能是由于W 6+的引入，
导致晶粒表面的价态发生变化从而使得晶格尺寸变小，薄膜表面更加均匀[1]，从表观上看，形成了一层致密薄膜。

这种均匀的小颗粒有利于对光及污染物分子的吸收。

从UV-v is光谱实验得出，纯ZnO在490 n m处有一个很强的吸收峰，W的掺入改变了薄膜的紫外-可见吸收特性。

最大吸收峰从490 n m 红移到535 n m，1.2‰W-ZnO电极吸收强度最大。

主要是由于W的掺入，使得Z nO的禁带宽度变窄。

带隙能量由下述公式决定[2]：
=1239.8/
(1)
其中表示激发光的波长
（n m），如表1所示。

带隙能量由纯Z nO 的2.53 eV降低到1.2‰W-Z n O 的2.32 eV。

表明掺杂W后，其电子特性影响了Z nO 的带隙，从而促进了其对光量子的吸收，所以1.2‰W-ZnO光催化特性最好。

2.2 光电化学表征
2.2.1 EIS分析
图2为不同组分W 掺杂氧化锌薄膜的E I S 图谱，从图中可以看出，当掺杂浓度从0.3‰提高到1.2‰时，阻抗半径明显减小，当浓度继续提高到1.2‰～1.8‰时，阻抗半径依次逐渐变大，1.2‰W-Z n O 的阻抗半径最小。

通过计算各组分电极的界面电阻R c t ，
结果如表2所示。

从表2中可以看出，1.2‰W-ZnO具有最好的界面电子传递能力，表明其具有较好的光电催化能力。

DOI：10.16660/ k i.1674-098X.2017.18.028
液相沉积法制备W掺杂ZnO薄膜电极性能的研究
樊明明
(武汉市自来水有限公司 湖北武汉 430000)
摘 要：通过液相沉积法（LPD）在钛片基底上制备了W掺杂氧化锌（W-ZnO）薄膜。

并对该薄膜进行了场发射扫描电镜(FESEM)、和紫外-可见（UV-vis）光谱测定，说明该膜为一层致密薄膜，W的引入使得薄膜的最大吸收波长发生了红移。

交流阻抗（EIS）、循环伏安（CV）、光电流响应（CA）等的分析测定结果表明，W-ZnO在紫外光照射下，表现出极强的光电催化性能。

关键词：W-ZnO/Ti 光电催化 PNP 中图分类号：TU991
文献标识码：A
文章编号：1674-098X(2017)06(c)-0028-02
图1 ZnO （A）和W-ZnO （B）薄膜表面的FESEM图
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2.2.2 光电效应
为了进一步表征所制备薄膜电极的光电特性，对1.2 ‰ W-Z n O 薄膜电极进行了线性扫描伏安（L SV）曲线和光电流的检测，如图3所示。

从图3中可以看出，在紫外光光照条件下，其电流-电压曲线比无光照时明显增大。

同时，较之纯ZnO，由于金属离子可以作为内表面电荷传送的媒介或者作为复合中心[2]，掺杂后的Z nO 的光电响应发生了明显的变化。

W-Z nO电极的较之纯ZnO电极的具有更高的光电响应性能，从而具有更好的光电催化作用。

光电流大小1.358 μmol L -1>2.037 μmol L -1>0.679 μm o l L -1>0.340 μm o l L -1>Z n O，表明随着W 的掺杂量的增大，光电响应增强，最优掺杂量为1.358 μmol L -1（即1.2 ‰W-ZnO）
，光电流大约可以达到1 080 μA左右，且在光照开始与结束瞬间电流都立刻发生了响应，如图4所示。

W-ZnO薄膜电极具有良好的光电响应特性，可用于光电催化降解污染物。

在这里W作为电子陷阱抑制电子-空穴对的结合率，提高表面电荷的传递速率。

过高的W掺杂量使得电子-空穴对结合率反而增高[3]。

综上所述，1.2‰W-ZnO薄膜电极具有较好的光电催化特性。

参考文献
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013（54）:155-171.
图2 不同浓度的W-ZnO在0.1mol L -1 Na 2SO 4溶液中薄膜电极的
EIS图谱
样品0.3‰W-ZnO 0.6‰W-ZnO 1.2‰W-ZnO 1.8‰W-ZnO R c t (kΩ)
637.6
18.0
0.8
2151.0
表2 各掺杂浓度W-ZnO电极界面电阻R ct 值
最大吸收波长λ(nm)
带隙能量(eV)ZnO
490 2.530.3‰W-ZnO 517 2.400.6‰W-ZnO 528 2.351.2‰W-ZnO 535 2.321.8‰W-ZnO
532
2.33
表1 电极带隙能量表（a）ZnO;（b）0.340 μmol L -1;
（c）0.679 μmol ·L -1;（d）1.358 μmol ·L -1;
（e）2.037 μmol ·L -1，外加偏压+0.8V
图3 LSV曲线
图4 不同浓度W-ZnO在UV下的光电流检测。