三维WO3·0.33H2O纳米网格的调控合成及性质研究

来源 :重庆大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zouximu19840420
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基于纳米材料特殊的化学物理性质,已经在新能源、生物医学、信息产业、环境保护等方面广泛应用,并表现出十分优越的性能。三氧化钨(WO3)作为一种重要的半导体材料,因其具有良好的光催化、电致变色、气体敏感等性能而受到广泛的关注。研究表明,纳米材料的形貌对其性能有着深刻的影响。因此探索一种可以调控纳米材料形貌和结构的合成方法,以及研究形貌改变对性质的影响是一项很有意义的工作。本文以此为契机,制备了不同形貌的WO3·0.33H2O纳米材料,并研究了样品的形貌和结构对其性质的影响。本论文主要工作如下:1)通过无机盐诱导,水热合成了多种纳米结构(纳米线/棒、微米薄片、微米框架、绒球等)。实验表明无机盐的加入对产物形貌的影响很大。对各种条件下合成产物WO3·0.33H2O均使用X射线衍射仪(XRD)及扫描电镜(SEM)进行了物相及形貌分析。通过分析试验结果,总结了无机盐离子诱导合成产物形貌的规律:无机盐离子中阳离子会选择性的吸附到晶核的某一个晶面上,那么阴离子就会吸附到垂直于这个晶面的其他晶面上,他们都会抑制这些晶面的生长;离子的价态越高,电荷量越高,离子在晶面上的吸附能力越强,因此抑制该面生长的作用越强,对产物形貌的调控占主导作用。另外,发现除离子诱导外,HNO3的刻蚀同样起着非常重要的作用。2)选取CaCl2和Na2SO4为诱导盐,通过调控溶液的pH值,制备了不同形貌的WO3·0.33H2O纳米晶体。选择亚甲基蓝为对象,研究了纳米网格和纳米片两种不同形貌的WO3·0.33H2O晶体的光催化活性性。实验结果表明,WO3·0.33H2O纳米网格的催化性能更好。WO3·0.33H2O纳米网格具有更大的比表面积,且对太阳光的吸收能力更强,独特的三维层状结构具有微小的通道可以阻止液体的密闭效应(sealing effect),增加了溶液中与染料反应点,更利于染料的降解。3)选择WO3·0.33H2O纳米网格做Pt的负载,研究了Pt/WO3·0.33H2O(网格)催化剂对甲醇和乙醇的电催化氧化,为了验证WO3·0.33H2O纳米网格的结构优势,选择了Pt/WO3·0.33H2O(线)和Pt/C两种催化剂进行比较。FESEM、TEM表征显示尺寸大小为815nm的Pt纳米颗粒均匀地吸附在WO3·0.33H2O纳米材料上。采用循环伏安法、电流-时间曲线法、交流阻抗法、塔菲尔曲线法来研究Pt/WO3·0.33H2O(网格)、Pt/WO3·0.33H2O(线)和Pt/C电极对甲醇、乙醇的催化氧化特性。实验发现,Pt/WO3·0.33H2O (网格)电极的催化性能优于其余两个电极。这主要是由于Pt/WO3·0.33H2O (网格)电极具有较大的电化学活性面积,以及载体WO3·0.33H2O能促进Pt颗粒对甲醇和乙醇的氧化。4)以WO3·0.33H2O纳米网格为载体,利用化学搅拌法分别制备了Ag2O和WO3·0.33H2O不同摩尔比的Ag2O/WO3·0.33H2O异质结催化剂,FESEM显示氧化银颗粒均匀的分散在WO3·0.33H2O网格里面。选择甲基蓝为对象,测定了不同摩尔比的Ag2O/WO3·0.33H2O的光催化性能。实验表明,当Ag2O和WO3·0.33H2O的摩尔比为1:2的时候,该催化剂的性能最好。随着Ag2O量的增加,催化性能下降。这可能是因为过量的Ag2O颗粒增加了Ag2O自身电子空穴的复合以及WO3·0.33H2O上电子和Ag2O原子簇中的空穴的复合,从而降低了光催化剂光催化反应的效率。此外,催化剂回收后多次降解效果也较好。此实验证明了Ag2O/WO3·0.33H2O复合催化剂具有较高的催化活性和稳定性。
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