【摘 要】
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WO3是一种典型的n型半导体过渡金属氧化物,具有优良的气体探测、光电转换、催化等性能,广泛应用于传感、能源、环保等领域。近年来,一维结构的WO3纳米材料,由于其独特的形貌和优
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WO3是一种典型的n型半导体过渡金属氧化物,具有优良的气体探测、光电转换、催化等性能,广泛应用于传感、能源、环保等领域。近年来,一维结构的WO3纳米材料,由于其独特的形貌和优异的物化特性,有望为新颖高效的微纳光电器件研发带来契机。本课题论文围绕新颖高效的WO3光电探测器和光电催化剂研发开展工作,采用静电纺丝技术制备WO3低维纳米结构,并通过工艺的探索和优化,实现了高纯度WO3纳米带的可控制备。为了进一步强化其性能,对其介孔结构和半导体复合材料的制备进行了探索和优化,表征和分析了其光电探测和光电催化性能。综合本论文工作,所取得的研究成果如下:(1)以六氯化钨(WCl6)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为原料,无水乙醇和N,N-二甲基甲酰胺为溶剂配制前驱体纺丝液,通过调控静电纺丝的电压关键工艺参数,实现了WCl6/PVP前驱体纳米带的制备,然后在空气中煅烧处理,实现了高纯度一维带状结构的WO3纳米材料的可控制备。其光电探测研究结果表明,WO3纳米带光电探测器对光响应有优良的灵敏性和选择性,且具有良好的可重复性和稳定性,其光暗电流比高于1000,比迄今文献报道的基于WO3纳米材料的光电探测器的光暗电流比高5倍以上;其光谱响应率和外量子效率分别为2.6×105A/W和8.1×107%,与目前国际上报道的最优值相当。(2)以茶皂素(Tea-s)为微发泡造孔剂,采用发泡剂辅助静电纺丝法,通过调控纺丝液中茶皂素含量,实现了高纯度WO3介孔纳米带的可控制备,其最佳添加量为14.5wt%。(3)在前驱体纺丝液中引入g-C3N4,采用发泡剂辅助静电纺丝法,实现了高纯度WO3/g-C3N4宽窄带复合介孔纳米带的制备。研究结果表明,相比纯相WO3介孔纳米带,其光电催化性能提高3倍以上。
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