氧化钨基半导体异质结光催化剂的构建及其光催化性质的研究

发布时间：2020-04-24 04:29

【摘要】：近年来,能源短缺和环境污染问题日趋严重,已成为全世界关注的焦点。作为解决这些问题最有前途的方案之一,半导体光催化技术已经引起了人们的极大关注,因为它是一种能源清洁无污染的“绿色”技术。但是单一的半导体光催化剂总会存在传质效率低、光生电子-空穴对复合较快等一系列问题,因此寻找一种有效途径来解决此类问题对光催化性能的提高具有深远意义。研究发现,半导体与其他物质(如其他半导体、金属、碳材料等)复合形成异质结构时,能够快速的转移光生载流子,有效提高传质效率,降低光生电子-空穴对的复合率,从而提高半导体的光催化性能。本论文以三氧化钨(WO_3)半导体材料为主体,通过简单的室温沉淀法、煅烧法与水热法等相结合,设计合成了两种半导体-半导体异质结光催化剂,并使用XRD、XPS、TEM、SEM、HRTEM、PL、UV-vis DRS等表征手段对其相结构、形貌以及光吸收等性质进行了分析,且以可见光照射下降解水中污染物为模型,对所制备的复合光催化材料的性能展开了一系列研究,具体结果如下:(1)通过结合简单的水热法和常温沉淀法,制备得到了Ag_2WO_4/WO_3纳米异质结复合光催化剂,并对其相结构、形貌及光吸收等性质进行了表征,结果表明,我们成功制备出不含杂质的Ag_2WO_4/WO_3纳米异质结复合光催化剂,Ag_2WO_4纳米粒子均匀分散在WO_3表面,且复合光催化剂在可见光区具有较好的光吸收。通过可见光照射下催化降解污染物RhB和MO,我们对Ag_2WO_4/WO_3纳米异质结光催化剂的性能进行了研究,并对其光催化机理以及循环稳定性进行了探究。研究结果表明,Ag_2WO_4/WO_3纳米异质结光催化剂具有良好的光催化活性和循环稳定性,光催化降解过程中的主要活性物种为h~+和·OH。(2)通过结合简单的煅烧法和水热法,制备得到了WO_3/g-C_3N_4纳米异质结复合光催化剂,并对其相结构、形貌及光吸收等性质进行了基本表征,结果表明,我们制备得到了WO_3/g-C_3N_4纳米异质结复合光催化剂,WO_3纳米片与g-C_3N_4纳米片接触形成有效的异质结,且催化剂在可见光范围内有良好的吸收。通过可见光照射下催化降解污染物RhB,我们对WO_3/g-C_3N_4纳米异质结材料的光催化性能进行了研究,并对其光催化机理以及循环稳定性进行了探讨。研究结果表明,WO_3/g-C_3N_4纳米异质结具有良好的光催化性能和循环稳定性,光催化降解污染物的过程中采用的是Z型异质结跃迁方式,其中起主要作用的活性物种为·O_2~-和·OH。
【图文】：

i2WO6/TiO2的 SEM (A) 和 HRTEM (B) 图片[6]；SnO2/TiO2的 SEHRTEM (D) 图片[8]o 课题组通过简单的研磨和煅烧法成功合成了 WO3/g-C3N4复合脱硫的性质进行了研究[10]。结果表明，WO3/g-C3N4复合材料著提高。）合成具有特殊形貌的半导体材料尺寸不断的减小，表面原子的相对比例不断增加，原子的。当它减小到纳米尺度时，这种尺寸的变化反馈到物质的结构呈现出一系列奇特的效应。纳米材料比表面积较大，表面能较粒之间能够紧密的结合，使得范德华力能够在颗粒之间充分产生强烈的相互作用力。这种异于通常情况的作用力会使得纳多新的特性（光学、热学、力学、电磁学、化学性能等）[4,11,

度计（中国普析有限公司生产，，TU-1900）来测定的。结果与讨论 Ag2WO4/WO3异质结光催化剂的相结构、形貌和光吸收特性WO3纳米片、Ag2WO4纳米粒子和五个 Ag2WO4/WO3纳米复合物的晶通过 X-射线粉末衍射法所测。纯相 WO3样品测得为单斜晶相（图 2所有衍射峰都可以与JCPDS卡片号为PDF#83-0950的单斜相WO3的应。如图 2.1g 所示，纯相 Ag2WO4在 2θ 值为 18.4°、30.1°、32.2°和有明显的衍射峰，这些衍射峰与 JCPDS 卡片号为 PDF#33-1195 的六O4的（0 2 0）、（0 2 2）、（2 2 0）和（0 4 2）晶面的衍射峰相吻合。而O4/WO3纳米复合物的 XRD 图谱则同时具有 WO3和 Ag2WO4的衍射O4衍射峰的强度随 Ag2WO4在复合物中含量的增加而变强（图 2.1b-中Ag2WO4的具体含量是通过电感耦合等离子体原子发射光谱法（AE所测，结果如表格 2.1 所示。
【学位授予单位】：东北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O643.36;O644.1

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本文编号：2638526