本發(fā)明涉及一種納米異質(zhì)結(jié)薄膜材料，具體涉及一種三氧化鎢/二氧化鈦納米異質(zhì)結(jié)薄膜及其制備和應(yīng)用，屬于納米材料及應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。技術(shù)背景三氧化鎢(WO3)作為一種較為廉價(jià)的n-型半導(dǎo)體材料，因具有良好的可見(jiàn)光吸收性能(帶隙～2.5-2.7eV，可吸收波長(zhǎng)12％的太陽(yáng)光)、在中性及酸性條件下良好的穩(wěn)定性、無(wú)毒等優(yōu)點(diǎn)，以及具有較大的空穴擴(kuò)散距離(～150nm，大于TiO2的～100nm和Fe2O3的～2-4nm)，而廣泛應(yīng)用于光催化、光電催化、光催化廢水燃料電池、COD傳感器、pH傳感器和氣體傳感器等領(lǐng)域。但是，WO3本身存在一些不足，例如其與溶液界面間電荷遷移緩慢，表面易過(guò)氧化而失活，表面缺陷過(guò)多而導(dǎo)致光生電子/空穴的復(fù)合等，這些不足極大地限制了WO3薄膜在各領(lǐng)域中的應(yīng)用。為了克服這些不足，文獻(xiàn)報(bào)道了通過(guò)制備納米有序結(jié)構(gòu)WO3薄膜(納米片、納米線、納米棒等)以提高比表面積和電荷遷移速率(NanoLett.2011,11,203-208；J.Am.Chem.Soc.2001,123,10639-10649)，或者通過(guò)在WO3薄膜表面修飾某些釋氧催化劑(Co-Pi、IrO2、Co3O4等)以促進(jìn)表面電荷遷移(Angew.Chem.,Int.Ed.2011,50,499-502)，或者通過(guò)在WO3薄膜表面包覆氧化鋁層以阻礙表面過(guò)氧化(EnergyEnviron.Sci.2013,6,3732-3739)，或者通過(guò)在WO3薄膜表面復(fù)合其他半導(dǎo)體(BiVO4等)以提高電荷分離效率(NanoLett.2014,14,1099-1105)。然而，這些方法都無(wú)法從根本上改變WO3薄膜的不足。此外，有報(bào)道也報(bào)道了采用WO3去修飾TiO2薄膜，用于改善TiO2薄膜的光催化和光電催化性質(zhì)的方法(Chem.Eur.J.2010,16,8993–8997；ACSAppl.Mater.Interfaces2013,5,12400–12410；張延榮等，一種可見(jiàn)光光催化燃料電池及其制備方法，中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枺?01410143758.0；魯兵安等，三氧化鎢/二氧化鈦空心復(fù)合納米管、制備方法，中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枺?01310032484.3)。然而，這種修飾盡管改善了TiO2薄膜的某些不足，但是由于WO3直接暴露于介質(zhì)表面，也給修飾后的TiO2薄膜帶來(lái)了穩(wěn)定性差、電荷復(fù)合嚴(yán)重等不足。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，基于WO3與TiO2之間能級(jí)匹配和晶格匹配的雙匹配關(guān)系，提出了在WO3薄膜表面外延生長(zhǎng)納米TiO2形成一種納米WO3/TiO2異質(zhì)結(jié)薄膜，該納米WO3/TiO2異質(zhì)結(jié)薄膜具有良好的可見(jiàn)光吸收性能、良好的穩(wěn)定性和高的光電效率，同時(shí)提供了該納米WO3/TiO2異質(zhì)結(jié)薄膜的制備方法與應(yīng)用。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案以解決其技術(shù)問(wèn)題：一種三氧化鎢/二氧化鈦納米異質(zhì)結(jié)薄膜，其特征在于，基于三氧化鎢與二氧化鈦能級(jí)匹配和晶格匹配的雙匹配關(guān)系，在三氧化鎢薄膜表面外延生長(zhǎng)有納米二氧化鈦層。進(jìn)一步地，所述的三氧化鎢薄膜具有納米結(jié)構(gòu)，所述的納米二氧化鈦層為具有納米刺結(jié)構(gòu)的二氧化鈦涂層。本發(fā)明的另一技術(shù)方案為：一種上述三氧化鎢/二氧化鈦納米異質(zhì)結(jié)薄膜的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括，將三氧化鎢薄膜置于含有10～20mM的氟鈦酸銨和50～100mM的硼酸的水溶液中，恒溫于25～50℃條件下處理1～70h，將該薄膜取出并用去離子水沖洗1min以上，自然干燥后即得所述的三氧化鎢/二氧化鈦納米異質(zhì)結(jié)薄膜。進(jìn)一步地，所述的三氧化鎢薄膜為采用水熱法、溶膠-凝膠法、化學(xué)浴法或陽(yáng)極氧化法制備的納米結(jié)構(gòu)的三氧化鎢薄膜。本發(fā)明的又一技術(shù)方案為：一種上述三氧化鎢/二氧化鈦納米異質(zhì)結(jié)薄膜在光催化、光電催化、光催化廢水燃料電池和傳感器領(lǐng)域的應(yīng)用。本發(fā)明所提供的WO3/TiO2納米異質(zhì)結(jié)薄膜的制備方法是基于TiO2與WO3之間具有能級(jí)匹配和晶格匹配的雙匹配關(guān)系進(jìn)行的，該制備方法具有簡(jiǎn)便、溫和、適合大面積制備的特點(diǎn)。本發(fā)明所述的WO3/TiO2納米異質(zhì)結(jié)薄膜與修飾前的納米WO3薄膜相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)：一方面，WO3與TiO2之間存在著能級(jí)匹配關(guān)系，見(jiàn)圖1，這種能級(jí)匹配關(guān)系能夠形成異質(zhì)結(jié)內(nèi)電場(chǎng)，內(nèi)電場(chǎng)可以有效地提高電極中光生電荷的分離和遷移性能；另一方面，銳鈦礦相TiO2(001)面(高能面)與單斜相WO3之間的晶格匹配度高，匹配度大于95％，失配度僅0.42～3.62％，見(jiàn)圖2和圖3，按照結(jié)構(gòu)化學(xué)原理，這種匹配關(guān)系有利于TiO2在WO3表面外延性生長(zhǎng)。TiO2在WO3表面外延生長(zhǎng)可以減少WO3表面的缺陷位點(diǎn)，從而減少光生電荷的復(fù)合，圖4-7證明了TiO2可以在WO3表面外延生長(zhǎng)；此外，TiO2具有優(yōu)異的穩(wěn)定性，外延生長(zhǎng)TiO2既可以防止WO3光腐蝕也可以防止WO3化學(xué)腐蝕，對(duì)WO3起到了保護(hù)作用，從而使TiO2/WO3薄膜獲得了高穩(wěn)定性；另外，外延生長(zhǎng)的TiO2納米刺結(jié)構(gòu)層極大地提高了薄膜的比表面積，增加了光的吸收面積并能促進(jìn)薄膜表面電荷的遷移。圖1-圖11的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所述的外延生長(zhǎng)的納米WO3/TiO2異質(zhì)結(jié)薄膜具有良好的可見(jiàn)光吸收性能、良好的穩(wěn)定性、高光電效率和電荷轉(zhuǎn)移效率?？蓮V泛應(yīng)用于光催化、光電催化、光催化廢水燃料電池和傳感器等領(lǐng)域，取得了良好的技術(shù)效果。附圖說(shuō)明圖1是WO3/TiO2異質(zhì)結(jié)光吸收與電荷遷移示意圖。圖2是單斜相WO3和銳鈦礦相TiO2晶胞結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是單斜相WO3和銳鈦礦相TiO2晶胞參數(shù)間的失配度數(shù)據(jù)。圖4是實(shí)施例1中WO3納米片薄膜及納米WO3/TiO2異質(zhì)結(jié)薄膜的電鏡圖片：圖中，A是修飾前WO3納米片薄膜的表面電鏡照片；B為納米WO3/TiO2異質(zhì)結(jié)薄膜的表面電鏡照片；C是納米WO3/TiO2異質(zhì)結(jié)薄膜的截面電鏡照片；D是納米WO3/TiO2異質(zhì)結(jié)薄膜的透射電鏡圖。圖5是實(shí)施例2中WO3納米片薄膜及納米WO3/TiO2異質(zhì)結(jié)薄膜的電鏡圖片：圖中，A是修飾前WO3納米片薄膜的表面電鏡照片；B為納米WO3/TiO2異質(zhì)結(jié)薄膜的表面電鏡照片。圖6是實(shí)施例3中WO3納米棒薄膜及納米WO3/TiO2異質(zhì)結(jié)薄膜的電鏡圖片：圖中，A是修飾前WO3納米棒薄膜的表面電鏡照片；B為納米WO3/TiO2異質(zhì)結(jié)薄膜的表面電鏡照片。圖7是實(shí)施例4中WO3納米孔薄膜及納米WO3/TiO2異質(zhì)結(jié)薄膜的電鏡圖片：圖中，A是修飾前WO3納米孔薄膜的表面電鏡照片；B為納米WO3/TiO2異質(zhì)結(jié)薄膜的表面電鏡照片。圖8是實(shí)施例1中WO3納米片薄膜及納米WO3/TiO2異質(zhì)結(jié)薄膜的光吸收曲線。圖9是實(shí)施例1中WO3納米片薄膜...