论文部分内容阅读
近年来,半导体催化技术已经越来越多的受到人们的关注。氧化钨(WO3)光催化材料,由于其在光催化领域巨大的潜力已经引起了广泛关注。相对于常用在光催化领域的其它半导体材料,WO3催化剂的禁带宽度更小,光吸收范围更大,因此对于提高可见光利用率更具有优势。但由于其电子-空穴复合率高限制了WO3的实际应用。对WO3进行改性成为提高其光催化活性的有效方法之一。本文通过碱金属离子的掺杂以及钨酸钴、钨酸铜的负载,分别构建出六方相/单斜相的异相结以及钨酸盐/氧化钨的异质结,进而完成对于WO3改性处理。首先采用溶胶凝胶法,通过调变晶型稳定剂K2SO4焙烧温度和焙烧时间实现了h/m-WO3异相结光催化剂中六方相含量在高温相转变过程中0-71.1 wt%范围可控调变。通过罗丹明B光降解反应速率反映样品的光催化性能,发现六方相含量为71.1 wt%的h/m-WO3异相结样品(1%-K-WO3-800 oC-4 h)反应速率是纯单斜相(1%-K-WO3-800 oC-54 h)的3.73倍。通过研究发现光催化活性提高是由于h-WO3和m-WO3界面间形成的异相结结构引起光生电子-空穴的有效分离和高效传输。进一步,为了探究其他碱金属元素的掺杂效果,利用上述方法合成出了掺杂Cs+的WO3。催化剂表现出了优异的催化活性。以亚甲基蓝为目标污染物,研究了Cs-WO3催化剂与光催化活性之间的构效关系。发现催化活性最高的样品1%-Cs-WO3-800 0C,其降解率是相同焙烧温度下未掺杂Cs+的WO3催化剂降解MB降解率(37.7%)的2.2倍。同时比较了紫外光与可见光照射下样品的催化活性,发现催化剂对可见光吸收效率大大增加。经过研究发现,光催化活性的提高归因于形成异相结以及在催化剂表面引入离子交换位点共同作用的结果。此外,我们采用典型的钨酸盐CoWO4和CuWO4作为负载物,通过浸渍法将纳米级MWO4颗粒均匀分散在大量WO3颗粒中,然后进行沉淀反应。通过对样品进行X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM),高分辨率透射电子显微镜(HRTEM),Brunauer-Emmett-Teller(BET)表面积表征,研究其结构和形态。通过表面光伏光谱仪(SPV)进一步研究了改善光催化活性的机理,并对活性物种的实验进行了测定。制得的MWO4催化剂高分散在WO3表面,可以显著增加相对接触面积,减少电荷转移距离,表现出降解RhB的高光催化活性。