功能半導(dǎo)體WO3和TiO2的合成及其在環(huán)境治理方面的研究.pdf

1、針對金屬氧化物作為吸附劑的不利條件,以納米級的WO3單晶為例來研究它的吸附性能。本文用簡單的水熱法通過鎢源的調(diào)變,合成了沿[001]軸生長暴露(001)面的六方相、單晶WO3納米棒。發(fā)現(xiàn)其對有機染料有很強的吸附性能,以羅丹明B(RhB)和亞甲基藍(MB)為探針,進一步測試了對它們的飽和吸附量,得出飽和吸附曲線。同時采用了XRD、TEM、HRTEM、SAED、FFT、XPS、UV、氮吸附BET等表征手段對所制備WO3吸附劑的結(jié)構(gòu)進行表征,

2、并討論了結(jié)構(gòu)和吸附的關(guān)系。針對開發(fā)可見光催化劑領(lǐng)域里存在的問題,WO3作為半導(dǎo)體因其禁帶寬度約為2.7eV,所以它是很好的可見光催化劑之一。本文深入的研究了水熱法合成的暴露(001)晶面的WO3單晶納米片光催化劑,并以RhB為探針研究了其可見光催化性能。并采用了XRD、TEM、HRTEM、SAED、FFT、XPS、UV-vis-DRS、Raman、PL、氮吸附BET等表征手段對所制備的W03材料結(jié)構(gòu)進行了表征,并討論了暴露(001)面的

3、WO3結(jié)構(gòu)和光催化活性的關(guān)系。針對TiO2在可見光下光催化的局限性,改變TiO2本身的形貌結(jié)構(gòu),是開發(fā)其可見光響應(yīng)的光催化應(yīng)用的重要方面。本文用溶劑熱的方法合成了具有多種孔徑的TiO2單晶納米球,并以RhB、苯酚、對氯苯酚為探針反應(yīng),研究了其可見光催化活性。通過XRD、TEM、HRTEM、SAED、UV-vis-DRS、氮吸附(BET)、ESR等表征手段對所制備的TiO2進行結(jié)構(gòu)的探討,并對TiO2具有可見光催化活性的機理進行了深入的探

4、討。
　　 本論文具體內(nèi)容分以下三部分:
　　 一、六方相單晶WO3納米棒的合成及其吸附性能的研究
　　 通過水熱法合成了沿[110]軸生長的單晶WO3納米棒,這種結(jié)構(gòu)暴露相對較多的(001)面。對有機染料具有很好的吸附性能,主要表現(xiàn)在六方晶相結(jié)構(gòu)和暴露的(001)面。通過以下合成條件的調(diào)變來控制此樣品結(jié)構(gòu)的合成:
　　 (1)以(NH4)10W12O41·5H2O為鎢源,用HCl或H2SO4調(diào)酸性,得到

5、樣品WO3納米棒沿[110]軸生長,(001)面暴露較多,對染料RhB和MB都有較大的吸附性。
　　 (2)以Na2WO4·2H2O為鎢源,用HCl或H2SO4調(diào)酸性,得到樣品WO3納米棒沿[001]軸生長,(001)面暴露的較少,對RhB和MB基本沒有吸附性能。
　　 由此可見,(NH4)10W12O41·5H2O為鎢源,產(chǎn)生NH4+吸附在(001)面上抑制了[001]軸生長,所以此WO3納米棒沿著[110]軸生長,暴

6、露(001)面,而(001)面是吸附的活性面。
　　 二、暴露(001)面的正交相單晶WO3納米片及其可見光催化性能的研究
　　 通過水熱法合成了WO3單晶納米片,此結(jié)構(gòu)暴露較多的(001)面。此材料具有很好的可見光催化活性,主要是因為暴露的(001)活性面。由于HBF4產(chǎn)生的F-吸附在(001)面上,所以通過改變HBF4的量來控制合成(001)面暴露率不相同的WO3單晶納米片。通過活性的比較發(fā)現(xiàn),隨著(001)面暴露率

7、的降低,相應(yīng)的在可見光下降解RhB的活性也越來越低。這為可見光催化劑提供了良好的發(fā)展前景。
　　 三、多級孔結(jié)構(gòu)TiO2單晶納米球的合成及其可見光催化性能的研究
　　 通過溶劑熱的方法合成了具有多種孔結(jié)構(gòu)的TiO2單晶納米球。此材料有很好的可見光催化性能,是由于多種孔徑和氧缺陷的存在。由于氧缺陷的存在,使得可見光下TiO2產(chǎn)生·OH和O2·-,而·OH和O2·-是光催化降解有機污染物所必須的。因此,這為設(shè)計高活性的TiO