钨氧化物的制备、表征及在光电化学中的应用

发布时间：2017-10-21 19:04

  本文关键词：钨氧化物的制备、表征及在光电化学中的应用

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【摘要】：伴随着世界经济的飞速发展,化石能源面临着日益枯竭的危险。生产和生活中产生、排放的污染物也使环境日益恶化。染料敏化太阳能电池(DSSC)是一种绿色新能源,是解决能源短缺问题的一种有效手段。光催化降解污染物技术是环境治理的一种重要途径。三氧化钨分为四方、正交、单斜、立方、六方、三斜晶系。W18049是六方晶胞的单斜晶体,导电性能好。钨氧化物(WOx)是n型半导体材料,钨氧化物具有比较窄的禁带宽度(2.4～3.2 eV),不但能吸收紫外光还能吸收可见光,具有良好的光催化,电催化等光电化学性能,可以用来光降解有机污染物和用作染料敏化太阳能电池对电极。本论文的创新点：制备出WOx的三维有序大孔结构,光催化效率为91.1%。本论文开展了以下研究内容：(1)利用乳液聚合法和非乳液聚合法合成出单分散聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)小球,并使用离心法和水浴法组装出PMMA胶体晶体模板。然后分别选用钨酸铵、三氧化钨、钨粉等材料作为前驱物,制备出三维有序大孔(3DOM)的钨氧化物。通过SEM、XRD分析表明：1)使用三氧化钨溶于氢氟酸,制备出的样品含有少量非化学计量的钨氧化物；2)采用钨粉通过溶胶-凝胶法制备出3DOM WO3,其孔径结构更加有序,孔壁连接性好。(2)采用水热法制备不同形貌的W18049。并进行SEM、XRD、Raman等表征。结果表明制备出了纳米线、梭形和海胆状的非化学计量W18049。(3)将上述制备出的不同形貌W18049样品作为光催化剂,在紫外-可见光照射下进行光催化降解甲基橙(MO)的实验。结果表明：在三种形貌中W18049纳米线的光催化效果最好,W18049纳米线在光照90 min后对MO的光催化降解效率高达到91.1%。将制备出的不同形貌W18049样品分别作为DSSC的对电极材料,采用商业Ti02薄膜的FTO玻璃作为阳极,组装成DSSC电池。W18049纳米线DSSC的效率(2.46%)高于其他两种形貌样品。
【关键词】：钨氧化物 三维有序大孔 形貌 光催化 DSSC对电极
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ136.13
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 绪论11-23
• 1.1 胶体晶体模板的制备11-14
• 1.1.1 PMMA小球合成11-12
• 1.1.2 胶体晶体模板制备12-14
• 1.2 三维有序大孔材料14-15
• 1.3 钨氧化物的制备15-19
• 1.3.1 钨氧化物的性质15-16
• 1.3.2 钨氧化物的制备方法16-19
• 1.4 染料敏化纳米薄膜太阳能电池的研究19-21
• 1.4.1 染料敏化太阳能电池的结构和工作原理20-21
• 1.4.2 钨氧化物在太阳能电池中的应用21
• 1.5 本论文的研究意义、目的及内容21-23
• 2 单分散PMMA微球的合成及胶体晶体模板的组装23-31
• 2.1 引言23
• 2.2 实验部分23-27
• 2.2.1 实验原料23
• 2.2.2 实验仪器与设备23-24
• 2.2.3 单分散PMMA微球的合成24-26
• 2.2.4 单分散微球组装胶体晶体模板26-27
• 2.3 样品的表征27
• 2.4 结果与讨论27-29
• 2.4.1 单分散PMMA微球TEM形貌像27-28
• 2.4.2 离心法制备PMMA微球胶体晶体模板的形貌28-29
• 2.4.3 恒温悬浮自组装法制备PMMA微球胶体晶体模板的形貌29
• 2.5 本章小结29-31
• 3 钨氧化物三维有序大孔材料制备及表征31-39
• 3.1 引言31
• 3.2 实验部分31-34
• 3.2.1 实验原料31-32
• 3.2.2 实验仪器与设备32
• 3.2.3 钨酸铵作为钨源制备3DOM钨氧化物32
• 3.2.4 钨粉作为钨源制备3DOM钨氧化物32-33
• 3.2.5 三氧化钨作为钨源制备3DOM钨氧化物33-34
• 3.3 样品表征34
• 3.4 结果与讨论34-38
• 3.4.1 利用钨酸铵作为钨源制备3DOM钨氧化物34-35
• 3.4.2 钨粉作为钨源制备3DOM钨氧化物35-36
• 3.4.3 三氧化钨作为钨源制备3DOM钨氧化物36-38
• 3.5 本章小结38-39
• 4 不同形貌的W_(18)O_(49)纳米材料的制备及表征39-48
• 4.1 引言39
• 4.2 实验部分39-41
• 4.2.1 实验原料39
• 4.2.2 实验仪器与设备39-40
• 4.2.3 非化学计量比W_(18)O_(49)纳米材料的制备40
• 4.2.4 Pt/W_(18)O_(49)纳米线的制备40-41
• 4.3 样品的表征41
• 4.4 结果与讨论41-47
• 4.4.1 W_(18)O_(49)纳米材料的形貌41-43
• 4.4.2 XRD分析43-44
• 4.4.3 显微结构分析44
• 4.4.4 拉曼分析44-45
• 4.4.5 BET分析45
• 4.4.6 W_(18)O_(49)样品的吸收光谱分析45-46
• 4.4.7 XPS分析46-47
• 4.4.8 Pt/W_(18)O_(49)纳米线形貌47
• 4.5 本章小结47-48
• 5 W_(18)O_(49)纳米材料在光催化和DSSC对电极上的应用48-54
• 5.1 引言48
• 5.2 实验部分48-51
• 5.2.1 实验原料48
• 5.2.2 实验仪器与设备48-49
• 5.2.3 紫外-可见光催化降解测试49
• 5.2.4 W_(18)O_(49)纳米材料在DSSC对电极中的应用49-51
• 5.3 结果与讨论51-53
• 5.3.1 紫外-可见光催化降解结果51
• 5.3.2 染料敏化太阳能电池对电极的性能测试51-53
• 5.4 本章小结53-54
• 6 结论54-55
• 参考文献55-58
• 作者简历及攻读硕士/博士学位期间取得的研究成果58-60
• 学位论文数据集60

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