非金屬摻雜與納米多孔WO-,3-的制備及其光解水活性研究.pdf

1、本文通過固相燒結(jié)法和陽極氧化法分別制備了F、S非金屬摻雜WO3粉體光催化劑和具有結(jié)構(gòu)與形貌差異的WO3納米多孔薄膜,并對其結(jié)構(gòu)和光催化性能進(jìn)行表征。
　　 非金屬摻雜通過影響WO3粉體光催化劑的W5+和氧空位含量以及晶粒尺寸等而改變其光吸收性能和電子傳輸性能,從而提高其光催化活性。在以Fe3+為犧牲劑的懸浮液體系中,非金屬摻雜WO3的光解水活性大幅提高。在紫外光照射下,摻雜前軀體濃度為1.0％的F摻雜WO3(F-WO3)和摻雜前

2、軀體濃度為2.0％的S摻雜WO3(S-WO3)的12 h平均析氧速率分別為102.1和99.9 gmol·-1·g-1·h-1,與純WO3的80.2μmol·L-1·g-1·h-1相比分別提高了27％和25％。在可見光照射下,雖然F-WO3的光解水活性沒有得到提高,但摻雜前軀體濃度為2.0％的S-WO3的12 h平均析氧速率卻高達(dá)76.7 gmol·L-1·g-1·h-1,與純WO3的48.9μmol·L-1·g-1·h-1相比提高了5

3、7％。
　　 致密和納米多孔薄膜退火前后的化學(xué)組成均為WO3。陽極氧化納米多孔膜為無定形結(jié)構(gòu)WO3,退火后轉(zhuǎn)化為(002)晶面優(yōu)先生長的單斜晶系WO3。退火移除了大量作為光生電荷復(fù)合中心的缺陷,故結(jié)晶WO3薄膜與無定形結(jié)構(gòu)相比,其電子傳輸性能和光解水活性得到顯著地提高。在可見光照射下,納米多孔WO3薄膜(0.5％NaF、50 V、25℃、30 min)的穩(wěn)態(tài)光電流(1.6 V vs.Ag/AgCl)和最大光電轉(zhuǎn)換效率分別為5.7

4、5 mA/cm2和1.68％,分別是結(jié)晶態(tài)致密WO3薄膜的4.75倍和5.09倍。由于具有較大的比表面積,納米多孔WO3薄膜不僅能吸收更多的光照能量,也能與電解質(zhì)更充分地接觸,從而有利于電荷的分離與傳遞。因此,與致密薄膜相比,納米多孔WO3具有更小的界面電荷遷移電阻、更大的載流子濃度、更小的瞬態(tài)光電流譜動力學(xué)常數(shù)和更大的瞬態(tài)時間常數(shù)。此外,通過對電解質(zhì)含氟濃度、電壓、溫度和反應(yīng)時間等參數(shù)的調(diào)節(jié)可以控制產(chǎn)物形貌,從而改善其光解水活性。在本