氧化鎢基異質(zhì)結(jié)和氧缺陷結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑及其應(yīng)用研究.pdf

1、氧化鎢材料作為一種典型的 n型半導(dǎo)體，可廣泛應(yīng)用于光催化、電催化及電致變色智能窗等方面，已成為環(huán)境與能源領(lǐng)域的研究熱點之一。氧化鎢材料價格低廉，來源豐富，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和耐光腐蝕性，是一種可用于大規(guī)模生產(chǎn)的能源材料。氧化鎢材料種類繁多，既有化學(xué)計量的 WO3，又有含有氧缺陷的亞化學(xué)計量WO3-x，另外還有含結(jié)晶水的水合氧化鎢(WO3·nH2O)。在實際應(yīng)用中，形貌、維度和結(jié)構(gòu)等因素都會極大地影響到氧化鎢材料的性能。與塊體材料相比，

2、低維度納米材料具有更大的比表面積和載流子傳輸性能；而結(jié)構(gòu)的不同，同樣能反映出性能的差異，與WO3相比，亞化學(xué)計量的WO3-x結(jié)構(gòu)中氧空位充當(dāng)淺層供體，可以提高導(dǎo)電性和供體密度，從而增強表面物種(例如CO2，H2，NO2等)的吸附。此外，單純的氧化鎢材料在應(yīng)用于光催化劑時，受光催化機理的限制，會發(fā)生光生電子和空穴的復(fù)合，影響光催化的效率。而通過與其他半導(dǎo)體(如TiO2)構(gòu)筑半導(dǎo)體/半導(dǎo)體復(fù)合異質(zhì)結(jié)構(gòu)則能很好的促進光生電子和空穴的有效分離，

3、避免光生電子-空穴對的復(fù)合?；谝陨线@些因素，本文主要進行了以下研究：
　　(1)我們利用超臨界CO2輔助剝離得到具有少層結(jié)構(gòu)的WO3·H2O納米片。與塊體材料相比，維度調(diào)控得到的該超薄納米片具有大的比表面積，可以暴露出更多的活性位點。之后我們運用一種簡單且新穎的方法，即在超臨界 CO2環(huán)境中將該超薄納米片與本組之前工作制得的 TiO2納米片復(fù)合構(gòu)筑得到類范德華異質(zhì)結(jié)-TiO2/WO3·H2O異質(zhì)結(jié)。兩者的納米片層結(jié)構(gòu)使得其發(fā)生充

4、分堆疊。在用作光催化劑時，相較于單純TiO2和WO3·H2O納米片，該異質(zhì)結(jié)表現(xiàn)良好的光電流響應(yīng)和對甲基橙高效的降解效率。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，在光照下，TiO2的光生電子會轉(zhuǎn)移到WO3·H2O中，而WO3·H2O的空穴則會轉(zhuǎn)移到TiO2中，這樣便避免了光生電子-空穴對的復(fù)合，促進了兩者的分離，進而提高了光催化活性。
　　(2)出于安全考慮，我們用NaBH4代替常用的H2對商用WO3在高溫下進行氫化反應(yīng)，通過這一簡單的方法制備得到含有氧缺陷

5、的亞化學(xué)計量WO3-x。結(jié)果表明，在對WO3進行高溫氫化后，邊緣形成無序區(qū)域，說明了氧空位的生成，并且隨著氫化溫度的提高(400℃)，邊緣無序區(qū)域擴大，表明氧空位含量增大。根據(jù)紫外-可見光-近紅外測試發(fā)現(xiàn)，氫化之后，WO3-x在近紅外區(qū)域1050 nm處出現(xiàn)一個明顯的特征峰，表現(xiàn)出明顯的表面等離子共振效應(yīng)。之后對樣品進行電催化析氫性能測試，結(jié)果表明400℃下氫化的WO3-x樣品析氫效率明顯提高， Tafel斜率為66 mV dec-1,