【摘 要】
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WO3半导体光催化剂被视为理想的光催化剂材料之一,它具有如下特点:绿色无毒、制备简易、物理化学性质稳定、对可见光敏感、电子传输性能良好、原材料廉价。在气体检测,光催化
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WO3半导体光催化剂被视为理想的光催化剂材料之一,它具有如下特点:绿色无毒、制备简易、物理化学性质稳定、对可见光敏感、电子传输性能良好、原材料廉价。在气体检测,光催化,光开关器件以及电致变色器件等领域有着广泛的应用。但是WO3的光催化效率在一定程度上被光生电子-空穴对的快速重组限制。因此有效抑制WO3中光生电子-空穴对的复合是进一步提高WO3光催化剂效率的有效途径。所以,本文主要对WO3薄膜光催化剂材料性能进行改进。本论文以WO3薄膜光催化剂为主要研究对象,采用水热法向WO3薄膜中引入Fe元素,并在此基础上原位合成g-C3N4材料,制备WO3、Fe-THWO3和Fe-THWO3/g-C3N4复合薄膜材料。并通过各种表征对样品的结构组成、表面形貌以及性能进行分析,结果表明:(1)采用水热法制备的Fe掺杂的WO3薄膜相较于纯的WO3薄膜有很高的光催化活性,相当于纯的WO3薄膜光催化还原Cr(Ⅵ)性能的5倍。纯的WO3成三斜晶相,Fe元素的掺杂使部分三斜晶系的WO3转变为六方晶系氧化钨,因此,Fe元素掺杂WO3的薄膜样品中同时存在三斜晶系和六方晶系两种晶相。由于不同晶相具有不同的能带结构,且两种晶相的能带结构存在能极差,所以两种晶相的WO3形成一个相异质结,相异质结的产生,很大程度上加大了电子与空穴对的分离,从而电子与空穴对的分离效率得到了提升,进而达到了提高了样品Fe-THWO3薄膜光催化还原Cr(Ⅵ)性能的目的。(2)采用原位合成法,制备得到Fe-THWO3/g-C3N4复合薄膜,在Fe-THWO3光催化还原Cr(Ⅵ)性能的基础上提升了10%左右。Fe-THWO3为n型半导体,g-C3N4为p型半导体,由于两种材料不同的能带结构与能带位置,因此在Fe-THWO3与g-C3N4材料之间会构成一个p-n异质结构,p-n异质结的存在,会提高半导体内部电子空穴对的迁移分离,降低电子空穴对的复合率,提高复合样品Fe-THWO3/g-C3N4薄膜光催化还原Cr(Ⅵ)的性能。
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