WO-,3--TiO-,2-復(fù)合電極光電催化降解甲基橙性能研究.pdf

1、光催化技術(shù)是一項(xiàng)用于治理化學(xué)污染的新興環(huán)保技術(shù)，較傳統(tǒng)的方法有成本低、效率高、無二次污染等優(yōu)勢。光催化劑多為半導(dǎo)體氧化物。但光催化半導(dǎo)體多以粉末狀存在，固液分離困難；且具有高效率的光催化半導(dǎo)體一般能帶間隙寬，可見光利用率低，致使光催化技術(shù)仍沒法在實(shí)際應(yīng)用中有效推廣。
　　 本研究將不同能隙的兩種半導(dǎo)體復(fù)合后負(fù)載在導(dǎo)電玻璃上，并采用光電聯(lián)合催化的技術(shù)降解有機(jī)物，試圖在不影響降解率的前提下，解決固液分離及向可見光擴(kuò)展的問題。所研究的

2、主要內(nèi)容包括制備具有高效可見光、紫外光催化效果的電極；探索使電極具有高催化性能的使用環(huán)境，包括光強(qiáng)、偏壓、pH 值；在此基礎(chǔ)上通過電化學(xué)方法來研究組分及使用環(huán)境影響降解效率的原因，以指導(dǎo)組分設(shè)計(jì)和條件選擇。在設(shè)計(jì)組分的研究中，先分析了絲網(wǎng)印刷制備光電催化電極的成膜性能，并對各組分電極進(jìn)行了表征，然后比較了不同組分電極在藍(lán)光和紫外光下光電降解甲基橙（MO）的效果。結(jié)果顯示絲網(wǎng)印刷制備的電極，成膜致密、顆粒均勻，與基板粘結(jié)性能良好，成膜厚度

3、較一致。掃描電鏡FSEM結(jié)果顯示不同組分的WO3-TiO2復(fù)合后，復(fù)合電極較純組分電極表面形貌更加均勻，顆粒更加細(xì)??；XRD和拉曼分析表明復(fù)合后沒有新的物相、物種生成；通過UV-VIS漫反射譜計(jì)算的能帶結(jié)果顯示，復(fù)合后從純TiO2到純WO3，禁帶寬度先迅速下降，后趨于平穩(wěn)。降解結(jié)果表明，復(fù)合后能夠獲得較純組分電極降解效果更好的電極；10 wt.%WO3電極在可見光和紫外光降解下均具有最佳降解效果，該電極在藍(lán)光光電效果可以達(dá)到66%，紫外

4、光光電降解效果可以達(dá)到56%。在設(shè)計(jì)降解條件的研究中，比較了不同光強(qiáng)、偏壓、初始pH值對降解的影響，并通過循環(huán)伏安（CV）曲線和靜態(tài)光電流曲線，分析了上述因素影響降解的原因。結(jié)果表明在1V的偏壓和62W/m2的光強(qiáng)下，光電聯(lián)合作用降解效率是光降解的1.79倍、電降解的2.03 倍；光強(qiáng)增大，降解效率增大，但光強(qiáng)增大1 倍時(shí)，光電流增大0.71 倍，降解率只增大0.44 倍；隨著偏壓的增大和初始pH值的減小，降解效率不斷增大；且偏壓和pH

5、值存在協(xié)同效應(yīng)，當(dāng)pH值為3時(shí)，在4V的偏壓下，甲基橙2小時(shí)內(nèi)能夠完全降解；當(dāng)pH值為2時(shí)，在0.5V的偏壓下，甲基橙2 小時(shí)內(nèi)能夠完全降解。對降解產(chǎn)物進(jìn)行分析，產(chǎn)物完全脫色時(shí)，甲基橙的醌式結(jié)構(gòu)被破壞。循環(huán)伏安曲線（CV）的結(jié)果表明pH值可以改變甲基橙的結(jié)構(gòu)，且減小pH值，甲基橙的氧化電位降低和吸附能力增強(qiáng)，降解效率增大。在機(jī)理分析的過程中，首先提取了同一組分電極在不同降解條件下的光電轉(zhuǎn)換效率（IPCE），結(jié)果表明IPCE可以作為衡量同

6、一組分電極，在不同的降解條件下的催化降解能力的指標(biāo)，pH值越低、偏壓越高，IPCE越大，同時(shí)降解效率越高。其次，用電化學(xué)阻抗譜（EIS）分析了結(jié)構(gòu)和偏壓影響降解的機(jī)理。EIS分析結(jié)果表明不同復(fù)合比例的電極，異質(zhì)結(jié)數(shù)量不同，10 wt.%WO3電極異質(zhì)結(jié)數(shù)目最多，促進(jìn)電荷分離的能力強(qiáng)，降解效率最高；增大偏壓，可以增大雙電層電容，和電極表面甲基橙溶液的濃度，從而促進(jìn)降解。動(dòng)力學(xué)研究表明，降解甲基橙的過程符合Langmuir-Hinshwoo