氟掺杂铵钨青铜基纳米材料全光谱光催化性能的研究

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空气污染与水污染都是随着社会经济的发展,人类面临的主要问题。光催化剂不仅可以充分利用绿色可再生能源太阳光,本身性质不发生变化,而且还能光解制氢,降解水体中的有机和无机污染物。半导体光催化剂为水污染、空气污染问题提供了一种清洁可行的解决方案。目前大部分光催化剂材料材料对紫外和可见光响应度较高,而太阳光谱中能量较高的近红外光未能得到有效的利用,因此开发对近红外光响应效率较高,或是能全光谱响应的光催化剂仍是目前的研究热点。钨青铜材料是一类直接半导体材料,其禁带宽度为2.52.8eV,理论上能够被紫外光和部分可见光激发产生电子和空穴,降解污染物,实现光催化性能;且该材料具有较好的近红外吸收性能,其禁带宽度较大不能直接被近红外光激发产生光生电子和空穴,但通过离子掺杂和贵金属负载,有可能会提高该材料在近红外光照下的电子和空穴的数量,从而为开发成具有全光谱响应的光催化剂提供了可能。本论文通过氟掺杂改变铵钨青铜的组成和结构提高其近红外光光催化活性,并利用贵金属负载提高光生电子和空穴分离,进一步提高氟掺杂铵钨青铜材料的全谱光催化活性。具体内容包括以下几个部分:(1)通过溶剂热合成法合成铵钨青铜和氟掺杂铵钨青铜纳米粉体,探究了F掺杂对铵钨青铜组成、形貌、以及光电性能的影响。研究表明F掺杂没有改变铵钨青铜的物相。F掺杂促进铵钨青铜由纳米颗粒生长为棒状材料,沿(100)方向择优取向生长。F掺杂后铵钨青铜的近红外吸收明显增强、电子空穴复合率降低、电化学阻抗降低。(2)在紫外、可见、近红外光光照下,探究了F掺杂对铵钨青铜光催化性能的影响。随着氟钨摩尔比增大,氟掺杂铵钨青铜的近红外光催化降解率从20%提高至83%。氟钨摩尔比为11.2:1、铵钨摩尔比为1:1时,反应常数为0.0102min-1,是不掺氟铵钨青铜的8.4倍。紫外光光催化降解率从19%提高至36%,可见光光催化降解率从39%提高至76%。氟掺杂铵钨青铜纳米棒具有全光谱光催化性能。(3)通过化学还原法制备了F-doped(NH40.33WO3/Pd复合材料,探究了不同Pd负载量对氟掺杂铵钨青铜全谱光催化性能的影响。随着Pd负载量的增加,F-doped(NH40.33WO3/Pd复合材料紫外、可见、近红外光光催化活性先增加后减小。当氟掺杂铵钨青铜与金属Pd的理论质量比为15:1时,复合材料具有最大光催化活性。在紫外、可见、近红外光照射下对罗丹明B(RhB)溶液的降解率分别为76%、86%、91%。
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