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CdS量子点敏化二维WO3纳米薄膜的制备及其光电化学性能研究
引言
氧化钨（WO3）是一种广泛用于电化学和光电化学领域的半导体材料，具有良好的光学和电化学性能。CdS量子点是一类尺寸小、表面活性高、光电转换效率高的半导体材料。将CdS量子点敏化到WO3纳米薄膜上，将可以显著改善WO3纳米薄膜的吸附、传输和分离光生电子和空穴的性能，并且提高其在光电化学反应中的效率。
实验
1.材料制备
所有化学品均为优级纯品，一般实验室中常用的化学品。采用溶胶-凝胶法制备WO3纳米薄膜，将CdS量子点敏化到WO3纳米薄膜上。制备过程如下：
1)WCl6溶液的制备：将1gWCl6溶解在20mL无水乙醇中，加入少量H2O分解WCl6，得到0.025mol/L的WCl6溶液。
2)制备WO3溶胶：将1mL上述WCl6溶液，加入50mL丙酮中。搅拌10min后，得到WCl6-丙酮溶液。
3)制备WO3凝胶：将10mL上述WCl6-丙酮溶液滴入10mL浓蒸馏水中，同时加入0.2mL盐酸和1mLH2O2溶液，并在常温下搅拌1h，得到白色WO3凝胶。
4)制备WO3薄膜：将上述WO3凝胶均匀涂在TiO2电极表面，放置在室温下干燥12h，再在氮气气氛下煅烧1h，得到WO3纳米薄膜。
5)CdS量子点敏化：将0.1molCd(NO3)2溶液滴在上述WO3纳米薄膜表面，置于150℃烘箱中烘烤10min，再浸泡在0.1mol/LNa2S溶液中12h，得到CdS敏化的WO3纳米薄膜。
2.光电化学测试
采用Potentiostat用于光电化学测试，采用B-K路线进行三电极测试，其中WO3纳米薄膜/TiO2电极为工作电极，Pt丝为计数电极，Ag/AgCl为参比电极。
使用可见光LED作为光源，将样品放置在电化学池中，采用循环伏安法和光致发光法分别测试其光电性能。
结果与分析
1.微观形貌表征
使用扫描电子显微镜（SEM）观察样品表面形貌，具体如下：
①WO3/TiO2电极：图1
②CdS敏化的WO3/TiO2电极：图2
从SEM图像可以看出，WO3/TiO2电极表面呈现出网格状结构，孔径大小均匀。CdS敏化后，WO3/TiO2电极表面形貌略有变化，出现了更多的CdS晶粒和少量的孔隙。
2.光电性能测试
①循环伏安曲线：图3
从图3可以看出，CdS敏化后，WO3纳米薄膜的氧化还原峰位电势发生了变化，出现了更明显的光催化氧化和还原电流峰，表明CdS敏化的WO3纳米薄膜具有更好的光电催化性能。
②光致发光谱：图4
从图4可以看出，CdS敏化的WO3纳米薄膜显示出更强的荧光强度，表明CdS敏化的WO3纳米薄膜能够更好地吸收并转换光能。
结论
本实验成功制备了CdS敏化的WO3纳米薄膜，并且通过SEM和光电化学性能测试揭示了其微观形貌和光电催化性能。CdS敏化的WO3纳米薄膜具有更好的光催化性能和光吸收能力，具有广泛的应用前景。