多功能铯钨青铜红外屏蔽材料的合成及光热性能的研究

来源 :太原理工大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:tudouaimangguo
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到达地球表面的太阳辐射能主要由紫外光(<400nm,5%3%)、可见光(400nm780nm,43%42%)和红外光(>780nm,52%55%)组成。红外光是太阳光的重要组成部分,也是热能的主要来源。在夏季,红外光透过玻璃层使室内温度上升,消耗大量能源;在冬季,可以把这部分能量储存起来,减少室内热量的散失。实验研究发现:钨青铜纳米材料具有优异的近红外屏蔽性能,它可以用于智能窗的隔热涂层,有选择性的透过太阳光,减少能源的消耗和二氧化碳的排放,可以部分解决能源危机。另外,钨青铜在光热治疗肿瘤方面也被广泛应用。在近红外激发器照射下,钨青铜纳米材料吸收近红外光,将光能转换为热能,杀死体内癌细胞,减少了化疗等手术带来的风险。光催化降解是一种绿色、无污染的方法,半导体光催化剂对太阳光的选择性利用可以降解污染物,减少环境污染。将光催化剂(TiO2、ZnO)和红外屏蔽材料(CsxWO3)复合的多功能材料用于玻璃涂层,既能阻止近红外光的透过,又能降低大气中的污染物颗粒,解决了能源危机和环境污染实现了太阳能的高效利用。本文以溶剂热法制备了铯钨青铜,在此基础上,分别探究了以下三个方面,具体工作如下:(1)Cr、Mo掺杂铯钨青铜。通过正交实验探究了水热合成温度、时间、摩尔比(Cr/W、Mo/W)对钨青铜性能的影响。实验研究发现:在反应温度220℃、反应时间24h、摩尔比0.015时,材料的红外屏蔽效果最好。10μm-CsxWO3、20μm-Cr-CsxWO3、10μm-Cr-CsxWO3薄膜的隔热效率分别为71.6%、68.8%、58.3%。10μm-CsxWO3、10μm-Mo-CsxWO3、20μm-Mo-CsxWO3薄膜的隔热效率分别为71.6%、73.3%、81.1%。(2)为提高铯钨青铜溶液的分散性和稳定性,分别采用表面包覆法(PVP-CsxWO3)和模板法(CTAB-CsxWO3)制备了铯钨青铜。研究发现:采用表面包覆法不会改变铯钨青铜的晶相,仍为六方Cs0.32WO3结构。用近红外激发器(980nm)照射分散液,通过计算得到分散液的光热转换效率为23.1%。采用模板法制备的铯钨青铜的晶相为六方Cs0.32WO3结构。(3)为实现太阳能的全光谱利用,采用水热法制备了N-TiO2/CsxWO3、ZnO/CsxWO3复合材料。探究了不同比例对复合材料红外屏蔽性能和光催化降解性能的影响。与N-TiO2相比,N-TiO2/CsxWO3复合材料在波长2002500nm范围内的吸光度明显提高。随着CsxWO3含量的增加,复合材料在近红外区的透过率降低,近红外屏蔽性能增强。随着N-TiO2含量的增加,复合材料的光催化活性明显提高,2N-TiO2/CsxWO3在150min内的降解率为50%。ZnO/CsxWO3复合材料在波长2002500nm范围内也具有高的吸光度。在全光谱照射下,ZnO/2CsxWO3在150min内的降解率为60.9%,大约是纯CsxWO3、ZnO的1.5倍。当加入EDTA-2Na、异丙醇、N2分别作为h+、·OH、·O2-的捕获剂,探究溶液中的活性物种,当通入N2时,光催化活性被显著抑制,表明·O2-在光催化降解中起着重要作用。因此,当复合材料具有合适的比例时可以起到优异的协同作用,不仅具有高可见光透过率和红外屏蔽性能,而且可以降解污染物。
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