论文部分内容阅读
三氧化钨(WO3)是一种重要的功能材料,在气体探测、光催化等方面有着广泛的应用前景,而三氧化钨优异的性能依赖于其特殊的结构与形貌。本论文通过模板法以医用脱脂棉为模板制备准一维结构的碳掺杂WO3纳米纤维(C-dopedWO3),通过碳的掺杂和构筑准一维纳米结构来提高材料的气敏性能和光催化性能。利用XRD、TEM、SEM、HRTEM、XPS、Raman spectra等研究手段对样品进行表征分析,系统地研究了该材料对丙酮的选择性及材料的稳定性,并以亚甲基蓝为模型污染物考察了该材料的光催化活性。主要结果如下:(1)用模板法制备的碳掺杂WO3为单斜相,通过SEM、TEM、HRTEM等测试手段分析结果表明:WO3-500纤维直径为5-10μm,由直径20-40nm的超细纳米晶粒组成,并含有大量的微孔和中空结构。随着煅烧温度的升高,晶粒尺寸增大。样品的XPS C1s谱中282.2eV的W-C键的峰、拉曼光谱出现有序碳的G峰等结果表明碳原子掺杂入WO3的晶格。(2)通过在不同工作条件下对丙酮、甲醇、乙醇、氨气等气体的气敏测试,发现碳掺杂WO3对丙酮气体表现出了很高的选择性和灵敏度。在300℃最佳工作温度下材料的最低检测浓度达到0.1ppm,材料最佳煅烧温度确定为500℃,其中WO3-500样品对5ppm丙酮气体的灵敏度达到了7.9;在相对湿度95%条件下,对5ppm的丙酮电阻灵敏度仍有5.72。通过重复气敏测试发现其具有长期稳定性,H2S等有毒气体不会导致气敏材料失活。(3)相比于纯WO3,WO3-500对亚甲基蓝的降解催化活性明显提升。其中在可见光照射条件下,WO3-500和H2O2构造的类芬顿体系,在120min内对亚甲基蓝的降解率达到97.1%。WO3-500和H2O2的协同作用是提升亚甲基蓝降解速率和降解率的主要原因。碳掺杂WO3催化剂有很好的稳定性并易于从降解体系中分离,催化剂的重复利用仍然表现出很高的催化活性。