功能半导体WO3和TiO2的合成及其在环境治理方面的研究

来源 :上海师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:guohl_sh
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针对金属氧化物作为吸附剂的不利条件,我们以纳米级的WO3单晶为例来研究它的吸附性能。本文用简单的水热法通过钨源的调变,合成了沿[001]轴生长暴露(001)面的六方相、单晶WO3纳米棒。发现其对有机染料有很强的吸附性能,以罗丹明B(RhB)和亚甲基蓝(MB)为探针,进一步测试了对它们的饱和吸附量,得出饱和吸附曲线。同时采用了XRD、TEM、HRTEM、SAED、FFT、XPS、UV、氮吸附BET等表征手段对所制备WO3吸附剂的结构进行表征,并讨论了结构和吸附的关系。针对开发可见光催化剂领域里存在的问题,WO3作为半导体因其禁带宽度约为2.7 eV,所以它是很好的可见光催化剂之一。本文深入的研究了水热法合成的暴露(001)晶面的WO3单晶纳米片光催化剂,并以RhB为探针研究了其可见光催化性能。并采用了XRD、TEM、HRTEM、SAED、FFT、XPS、UV-vis-DRS、Raman、PL、氮吸附BET等表征手段对所制备的WO3材料结构进行了表征,并讨论了暴露(001)面的WO3结构和光催化活性的关系。针对TiO2在可见光下光催化的局限性,改变TiO2本身的形貌结构,是开发其可见光响应的光催化应用的重要方面。本文用溶剂热的方法合成了具有多种孔径的TiO2单晶纳米球,并以RhB、苯酚、对氯苯酚为探针反应,研究了其可见光催化活性。通过XRD、TEM、HRTEM、SAED、UV-vis-DRS、氮吸附(BET)、ESR等表征手段对所制备的TiO2进行结构的探讨,并对TiO2具有可见光催化活性的机理进行了深入的探讨。本论文具体内容分以下三部分:一、六方相单晶WO3纳米棒的合成及其吸附性能的研究通过水热法合成了沿[110]轴生长的单晶WO3纳米棒,这种结构暴露相对较多的(001)面。对有机染料具有很好的吸附性能,主要表现在六方晶相结构和暴露的(001)面。通过以下合成条件的调变来控制此样品结构的合成:(1)以(NH410W12O41·5H2O为钨源,用HCl或H2SO4调酸性,得到样品WO3纳米棒沿[110]轴生长,(001)面暴露较多,对染料RhB和MB都有较大的吸附性。(2)以Na2WO4·2H2O为钨源,用HCl或H2SO4调酸性,得到样品WO3纳米棒沿[001]轴生长,(001)面暴露的较少,对RhB和MB基本没有吸附性能。由此可见,(NH410W12O41·5H2O为钨源,产生NH4+吸附在(001)面上抑制了[001]轴生长,所以此WO3纳米棒沿着[110]轴生长,暴露(001)面,而(001)面是吸附的活性面。二、暴露(001)面的正交相单晶WO3纳米片及其可见光催化性能的研究通过水热法合成了WO3单晶纳米片,此结构暴露较多的(001)面。此材料具有很好的可见光催化活性,主要是因为暴露的(001)活性面。由于HBF4产生的F-吸附在(001)面上,所以我们通过改变HBF4的量来控制合成(001)面暴露率不相同的WO3单晶纳米片。通过活性的比较发现,随着(001)面暴露率的降低,相应的在可见光下降解RhB的活性也越来越低。这为可见光催化剂提供了良好的发展前景。三、多级孔结构TiO2单晶纳米球的合成及其可见光催化性能的研究通过溶剂热的方法合成了具有多种孔结构的TiO2单晶纳米球。此材料有很好的可见光催化性能,是由于多种孔径和氧缺陷的存在。由于氧缺陷的存在,使得可见光下TiO2产生·OH和O2·-,而·OH和O2·-是光催化降解有机污染物所必须的。因此,这为设计高活性的TiO2可见光催化效率做了良好的探索。
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