WO3及其復(fù)合半導(dǎo)體催化劑的制備與光催化性能研究.pdf

1、當(dāng)今社會是一個高速度、高需求的新時代，同時也是一個提倡節(jié)約能源，崇尚環(huán)保的時代。半導(dǎo)體光催化技術(shù)性質(zhì)獨(dú)特，可利用取之不盡的太陽能資源進(jìn)行化學(xué)催化反應(yīng)，推動著信息社會的快速發(fā)展。然而目前光催化技術(shù)仍存在兩大不足，及光利用率低和光響應(yīng)范圍窄，嚴(yán)重抑制了光催化技術(shù)的廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)有研究表明，要有效提高光利用率和光響應(yīng)范圍需要從光催劑的源頭設(shè)計(jì)出發(fā)，通過對催化劑結(jié)構(gòu)的合理剪裁、選擇能帶匹配的活性組分，構(gòu)建具有光捕獲能力的多級結(jié)構(gòu)，才能制備出高效、

2、穩(wěn)定的半導(dǎo)體催化劑。WO3作為一種常見的半導(dǎo)體光催化劑，帶隙能為2.5-2.8 eV，能夠捕獲近12％的太陽光譜，廣泛應(yīng)用于吸附，催化，儲能及敏感器件等領(lǐng)域。圍繞著半導(dǎo)體光催化劑WO3如何有效的導(dǎo)出電子，如何構(gòu)建高質(zhì)量的異質(zhì)結(jié)界面，以及如何獲得穩(wěn)定的多級結(jié)構(gòu)提高光催化活性開展了以下幾方面的工作。
　　(1)WO3半導(dǎo)體材料表面/體相氧空位的調(diào)控及光催化水氧化分解性能研究
　　由于WO3的特殊的電子結(jié)構(gòu)，其W5+和W6+可以發(fā)

3、生可逆轉(zhuǎn)變。通過對制備方法的調(diào)變，可以實(shí)現(xiàn)對體相和表面W5+濃度的控制，調(diào)節(jié)材料表面/體相氧空位。我們用改進(jìn)的水熱合成方法直接制備還原態(tài)W5+的WO3光催化劑，通過進(jìn)一步在空氣中焙燒，考察體相和表面不同W5+含量的變化，及對光催化分解水產(chǎn)氧活性的影響。結(jié)果表明，一定W5+含量的WOx材料顯示出較好的產(chǎn)氧活性，具有潛在的全分解水的應(yīng)用價(jià)值。這主要?dú)w因子還原態(tài)W5+在催化劑表面作為電子轉(zhuǎn)移的活性中心，取代了傳統(tǒng)助催化劑的作用，如貴金屬PtO

4、x、RuO2的修飾。同時，相比較傳統(tǒng)H2高溫還原的方法，該制備方法簡單、成本低，穩(wěn)定性好，具有應(yīng)用價(jià)值。
　　(2)一鍋法制備TiO2/WO3蛋殼型復(fù)合異質(zhì)結(jié)光催化劑及其應(yīng)用于室內(nèi)空氣污染物乙醛的凈化
　　蛋殼型結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體材料，結(jié)構(gòu)特殊，應(yīng)用廣泛，但研究多集中在單一組分，對于多組分結(jié)構(gòu)，一般先合成一種成型的蛋殼結(jié)構(gòu)，后續(xù)通過浸漬，電沉積等方法的修飾制備多元組分復(fù)合材料。我們通過采取傳統(tǒng)水熱合成的方法，首次設(shè)計(jì)無模板，一鍋法合

5、成多級結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，Ti/W元素均勻分步的TiO2/WO3二元復(fù)合型光催化劑。該方法還可以應(yīng)用于合成蛋殼結(jié)構(gòu)TiO2/V2O5，TiO2/ZrO2，具有一定的普適性，該合成第一次使用乙二醇作為交聯(lián)劑構(gòu)建橋連結(jié)構(gòu)金屬有機(jī)化合物前驅(qū)分子。以降解室內(nèi)空氣污染物乙醛為探針反應(yīng)，催化氧化效果突出，穩(wěn)定性好。這主要?dú)w結(jié)于:1.復(fù)合材料的光利用效率提高;2.由于異質(zhì)結(jié)構(gòu)的存在，提高了光生電子-空穴分離效果，協(xié)同效果增強(qiáng)。
　　(3)二維WO3納米片

6、產(chǎn)氧Z-scheme協(xié)同產(chǎn)氫在全分解水方面的研究
　　銜接第一部分工作，針對第一部分合成的WO3納米材料為納米顆粒結(jié)構(gòu)，光生電子-空穴復(fù)合率高，納米顆粒表面光滑，修飾率低。我們通過水熱方法設(shè)計(jì)合成了2D納米結(jié)構(gòu)WO3材料，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，有較好的載流子遷移率，能夠降低光生電子-空穴的復(fù)合率;通過鍍膜工藝，一方面解決粉末催化劑難以回收的缺點(diǎn)。另一方面利用光電催化技術(shù)，尋求匹配的產(chǎn)氫材料，構(gòu)建Solid-StateZ-Scheme體系，構(gòu)