W18O49納米晶的結構可控制備及光催化性能研究.pdf

1、單斜相W18O49（WO2.72）屬于n型半導體，其晶體結構中氧缺陷含量相對較高，氧缺陷可作為陷阱捕獲反應物分子。此外，W18O49是目前已報到的唯一能夠以純相存在的非化學計量氧化鎢。由于其獨特的缺陷結構以及在近紅外吸收能力，W18O49被廣泛的研究。然而，W18O49在高溫條件下很容易被氧化成WO3。有研究表明在高溫條件下，如果氧含量較低，低價態(tài)W的含量會增加?；诖?，我們推斷，在溶劑熱反應體系中減少氧濃度有利于非化學計量氧化物的合成

2、。此外，在反應體系中引入具有還原性的物質也將有助于非化學計量W18O49的合成。目前合成的W18O49材料大多具有很強的沿著[010]方向生長的取向生長趨勢，例如：納米線、納米棒和納米束等結構已被大量報道。因此，探索一種簡單的制備方法，制備出二維或者三維結構的W18O49仍然是一種挑戰(zhàn)。
　　本研究主要內容包括：⑴通過溶劑熱法成功合成多種微觀形貌的W18O49，如紡錘狀結構，花狀結構，納米顆粒狀結構、納米線狀結構。通過對反應體系進

3、行氮氣氣氛處理，降低氧含量濃度，產物WO3/W18O49轉變?yōu)榧兿嗟腤18O49，且納米線狀W18O49轉變?yōu)橛杉{米針組裝的三維花狀結構。在氮氣氣氛下所制備的W18O49表現(xiàn)出較高的光催化性能，其與較小的晶粒尺寸和大的比表面積有關。此外，產物結構中增加的氧缺陷使得帶隙變窄，光吸收性能增強。通過電化學測試發(fā)現(xiàn)，與產物WO3/W18O49相比，氮氣氣氛下所制備的W18O49在光照條件下的電子-空穴對分離和轉移效率明顯提高。⑵通過探究不同表面

4、活性劑對制備W18O49的影響發(fā)現(xiàn)引入十八胺（ODA）后可制備出純相W18O49納米材料。分析原因主要是十八胺能與反應體系中生成的HCl反應，從而加快了反應中低價W的產生，這對于合成非化學計量比的W18O49有利。此外，反應體系中引入十八胺后所制備產物對甲基橙的降解效率最好。研究證實十八胺對于產物形貌的調控具有封端作用，其引入量影響產物形貌。當ODA和WCl6摩爾比為0.5:1時所制備的W18O49納米材料對甲基橙的降解能力明顯最強，分

5、析原因主要是：在此配比下所合成產物光吸收能力較強，禁帶寬度較小，從而使得產物對光的吸收利用率加強。W18O49納米材料中作為捕獲中心的氧缺陷，能夠很好地阻止電子和空穴的復合，因此，光催化性能顯著提高。⑶通過在反應體系中引入草酸（OA），制備出純相的W18O49納米顆粒。草酸誘導合成的W18O49納米粉體的形貌之所以成為大小均勻的納米級球形顆粒，是因為溶劑熱處理使W18O49分子的晶粒沿著（010）方向一定程度生長后，形成以(WOn)-形