水热法制备WO3纳米棒阵列及其光催化性能

三氧化钨（WO₃）作为一种过渡金属氧化物半导体材料,具有良好的可见光响应能力,是理想的光催化材料之一. 然而,其光生电荷分离效率低的弊端始终阻碍其发展. 相比于WO₃,其水合形式（WO₃·nH₂O）由于具有更高的电荷转移分离效率而备受研究者的青睐. 本文针对近年来WO₃·nH₂O材料在光催化领域的应用与研究进展进行了系统的归纳整理. 首先介绍了WO₃·nH₂O光催化剂的晶体结构,接着从晶体结构、电子转移分离以及能带结构的角度分析了结晶水对WO₃的影响,并重点阐述了WO₃·nH₂O和WO₃·nH₂O基改性光催化剂的制备方法. 最后总结了WO₃·nH₂O及其所构建的复合材料在水分解析氢、CO₂还原和降解染料类污染物三个方面的应用,并对发展前景做出了展望. 本工作旨在为推动WO₃·nH₂O光催化体系发展提供有益参考.     

WO3催化材料的制备及性能研究

以仲钨酸铵和盐酸为主要原料,采用水热法制备了100℃、120℃、140℃和160℃水热温度下的WO₃粉体并进行热处理。利用扫描电镜(SEM)对WO₃粉体进行表征分析,并进行光催化性能测试。研究结果表明：随着水热温度的升高,WO₃粉体形貌由颗粒团聚结构变成针状团聚结构,团聚程度下降,结构空隙增多,说明水热温度与热处理会影响WO₃粉体的晶体结构。由光催化测试结果可知,在100℃水热温度下制备的WO₃粉体经热处理对罗丹明B降解效率在50min时达到最高,约为50.06%,进而说明WO₃粉体晶体结构的结构空隙和团聚程度又会对其催化性能有一定影响。     

水热法制备WO3纳米棒阵列及其光催化性能

采用水热法,以Na₂WO₄·2H₂O为原料,NaCl为添加剂,直接在氧化铟锡透明导电基底上制备了有序WO₃纳米棒阵列.利用X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和高分辨透射电子显微镜等手段对制备的纳米棒进行了表征,考察了pH值对产物形貌、尺寸和取向性的影响.结果表明：单根WO₃纳米棒具有六方单晶结构,随着前驱液pH值的增大,平行于基底生长的WO₃纳米棒捆逐渐转变为垂直于基底生长的纳米棒阵列.另外,对制备得到的两种不同取向的WO₃纳米棒结构进行了光催化降解甲基蓝溶液的研究,发现相比于WO₃纳米棒捆结构,纳米棒阵列的光催化性能更高.     

Na掺杂g-C3N4纳米管的合成及其光催化性能

以三聚氰胺和三聚氰酸作为前驱体,将三聚氰胺和三聚氰酸的混合悬浮液通过水热反应生成超分子中间体(MCA),然后经煅烧中间体合成g-C₃N₄纳米管,最后再采用热处理向g-C₃N₄纳米管中引入Na元素,获得了Na掺杂g-C₃N₄纳米管。采用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(SEM)、能量色散X射线光谱(EDXS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射(UV-Vis DRS)和光致发光(PL)对系列试样进行表征,以苯酚(Phenol)溶液为降解对象,研究了试样的光催化性能。研究表明,通过水热、煅烧和热处理过程制备的Na掺杂g-C₃N₄纳米管,不仅提升了光的吸收能力,而且使g-C₃N₄的本征吸收边红移,拓宽了其可见光的吸收范围,增强了对可见光的吸收率,从而提高了太阳光的利用率。另外,Na掺杂能够提供更多的载流子并延长载流子寿命,提高了光...     

温度对水热法合成WO3亚微米棒形貌和光吸收特性的影响

以钨酸钠为W源和硫酸钾为辅助盐,在酸性体系中对水热法合成WO3亚微米棒进行了研究。利用X射线衍射(XRD)、热场发射扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和选区电子衍射(SAED)对试样进行分析,结果表明:随着反应温度的升高和pH值的增加,它们都有利于合成WO3亚微米棒;在反应温度为240℃、pH值为1.5和反应时间48h下合成径向尺寸<200nm的晶体结构的WO3亚微米棒,此WO3亚微米棒径向分布较均匀。对不同条件下水热法合成的WO3进行紫外可见光的吸收光谱(UV-VIS)分析可得:随着反应温度的升高和pH值的增加,获得的WO3的紫外光吸收能力是逐渐增加的;WO3亚微米棒具有良好的紫外光吸收能力。     

水热法制备Y2O3:Eu及其发光性能的研究

利用水热法制备立方相Y₂O₃:Eu红色荧光粉.在不同掺杂浓度、不同溶液pH值的系列样品中,均观测到Eu3+离子的特征发射.荧光强度与Eu3+离子掺杂浓度关系研究表明:在不同掺杂浓度中,Eu3+离子掺杂浓度为9 %时其相对发射强度最强.在不同溶液pH值所获得的样品中,以溶液pH等于6制备的样品发光效果最好.此外通过与商用Y₂O₃:Eu红色荧光粉比较,发现其荧光强度相当.因此,与传统高温固相法相比,水热法合成Y₂O₃:Eu红色荧光粉是简单易行方案.      

微波水热法制备Co掺杂的LaFeO3及其光催化性能

以Co(NO₃)₂·6H₂O、Fe(NO₃)₃·9H₂O、La(NO₃)₃·H₂O为原料,柠檬酸为络合剂,葡萄糖为模版剂,采用微波水热的方法合成了钙钛矿结构LaFeO₃光催化剂.利用XRD、SEM、TG-DSC和FT-IR等手段进行分析表征.结果表明:Co的掺杂有利于提高LaFeO₃光催化剂的活性,其催化效果优于纯的LaFeO₃;当掺杂量x=0.1时,其催化效果较优,光照时间为150 min时,亚甲基蓝的降解率达到99.46 %,较纯LaFeO₃高出36.51 %.      

水热法制备α-Fe2O3纳米球及其光催化性质研究

以硝酸铁、草酸为原料,采用水热反应法合成球形α-Fe2O3纳米颗粒.利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对产物的物相和形貌进行表征,研究水热反应温度对物相形成和形貌影响的规律;同时以甲基橙溶液为目标降解物,以紫外灯为实验光源对产物进行了光降解性能测试.结果表明:水热反应温度的提高有利于α-Fe2O3晶体颗粒的晶化,并使其粒径分布均匀,形貌趋向于球形.在光催化性能测试中,随着光照时间的延长,纳米α-Fe2O3对甲基橙的降解率不断提高.     

La~(3+)掺杂TiO_2的制备及光催化性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了La3+掺杂的TiO2光催化剂(La/Ti原子比分别为1/100,2/100,3/100,4/100和5/100)。用比表面(BET)、X射线粉末衍射(XRD)、紫外可见漫反射光谱(DRS)和表面光电压谱(SPS)对所制备的光催化剂进行了表征。结果表明,La3+掺杂量为4%(La/Ti原子比)时所制备的TiO2具有最高电子-空穴分离效应。以甲基橙为模拟偶氮染料对所制备光催化剂的脱色性能进行考察,光催化脱色结果显示La3+掺杂量为4%时所制备的TiO2具有最高的光催化活性。     

水热法制备稀土掺杂纳米TiO_2薄膜及光催化降解性能研究

以Ti(SO4)2水溶液为前驱物,尿素为沉淀剂,采用水热法在玻璃基片上制备了稀土离子掺杂的TiO2薄膜。以薄膜对紫外光吸收值为指标,考察了水热反应时间、镀膜次数、掺杂稀土离子的种类、掺杂量对紫外光吸收性能的影响,确定了掺杂薄膜最佳制备条件:在1.0mol/L尿素溶液中,温度为160℃,反应10h,镀膜两次,稀土最佳掺杂量为n(La)=0.9%或n(Eu)=1.1%(n为摩尔比),掺镧元素的效果好于掺铕元素。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对所制备的TiO2薄膜的相结构及形貌进行了分析和表征,结果表明,所制备的薄膜均匀、致密、无可视缺陷。以甲基橙为光催化降解的探针化合物,探讨了TiO2薄膜光催化降解性能,结果表明,掺杂稀土离子的TiO2薄膜对光催化降解性能远优于未掺杂的TiO2薄膜。     

微波法制备NiO/WO_3光催化剂及其光催化活性的研究

制备掺杂NiO的WO3光催化剂。通过X射线衍射、热重分析、电子探针、紫外-可见分光光度等分析手段表征产物的结构、形态,用甲醛的光降解为评价体系探讨它们的光催化活性和稳定性。结果表明,微波加热制备的掺杂了金属氧化物的光催化剂结晶度高、晶粒小、比表面积大,微波加热得到的产品其光催化活性要优于传统加热得到的产品的光催化活性,而且其稳定性也较好。其中以掺杂NiO为1%(摩尔比)时催化剂的光催化活性最大。     

掺杂稀土金属对含钛高炉渣光催化性能影响

含钛高炉渣作为一种光催化材料其量子利用率以及对太阳能的利用率都很低,考虑到稀土元素由于其特殊的电子结构在形成氧化物时具有良好的半导体特性,其金属氧化物的掺杂能在一定程度上改良含钛高炉渣的光催化性能的特点,将掺杂稀土氧化物的含钛高炉渣用于紫外线照射条件下亚甲基蓝溶液的降解试验中,并通过射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等分析手段检测寻找最佳稀土元素掺杂量。试验结果表明:稀土元素CeO2,Y2O3的最佳掺杂量分别为0.5%、1.0%,此时其对亚甲基蓝的降解率分别达到72.2%、74.0%。     

磁性TiO2空心球的制备及其光催化性能

分别制备Fe3O4和ZnFe2O4粉体并以它们作为磁芯,葡萄糖为模板剂,氟钛酸铵为钛源,通过水热法制备出Fe3O4/C/TiO2和ZnFe2O4/C/TiO2前驱体,煅烧后获得磁性Fe3O4/TiO2和ZnFe2O4/TiO2空心球。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪分析了产物的形貌、结构和化学组成,用振动样品磁强计测试了样品的磁化强度。结果表明,以Fe3O4为磁芯得到的Fe3O4/TiO2空心球的比饱和磁化强度是ZnFe2O4为磁芯得到的ZnFe2O4/TiO2空心球的20倍。以亚甲基蓝溶液为降解模型,考察了磁芯Fe3O4添加量对Fe3O4/TiO2空心球在紫外光下的催化降解能力。结果显示,Fe3O4的添加量对Fe3O4/TiO2空心球的光降解性能影响较小,且Fe3O4/TiO2空心球的紫外光降解能力均比纯TiO2空心球略低,但Fe3O4/TiO2空心球具有在外加磁场下易于回收的优势,具有潜在的应用前景。     

掺杂ZrO2对Laβ-Al2O3固体电解质的性能影响

研究了掺杂不同量的ZrO₂对Laβ-Al₂O₃固体电解质的电导和抗热震性能的影响。结果表明ZrO₂的加入导致电导率下降,抗热震性能提高。为此,以加入质量分数10%ZrO₂为宜。     

Er3+∶YAlO3/Fe掺杂TiO2复合物的制备及光催化活性研究

对TiO2半导体材料进行改性,分别通过溶胶凝胶、超声波分散和溶液沸腾的方法合成了Er3+∶YAlO3/Fe掺杂TiO2复合物光催化剂,并且采用XRD和SEM进行表征,研究了各种因素在太阳光照射下降解酸性红B的催化活性,也考察了Er3+∶YAlO3的包覆量、Er3+∶YAlO3/Fe掺杂TiO2的量、太阳光照射时间、酸性红B的初始浓度和氯化钠浓度等其降解过程用UV-Vis光谱进行检测。实验结果表明,加入上转光剂之后降解率大幅度增加,改性后的光催化剂可以有效地降解染料废水。     

镍掺杂TiO2纳米管的制备及光催化性能研究

通过前驱体水热法成功制备出不同镍掺杂比例的二氧化钛纳米管粉体,利用场发射扫描电镜(FESEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外可见吸收光谱(UV-Vis)等对其进行检测表征.制备出的镍掺杂二氧化钛纳米管具备相对分离和独立的管状形貌,管径约10 nm,其对应的EDS谱图中出现了镍的特征峰.经50...     

水热法制备氮、铁共掺杂TiO_2研究

以钛酸正丁酯为前躯体,硝酸铵和九水硝酸铁为氮、铁掺杂源,利用水热法制备了氮、铁共掺杂TiO2粉体。采用XRD、FE-SEM、EDS、BET、FT-IR等手段对所制备粉体进行了表征。结果显示:共掺杂TiO2粉体为锐钛矿型,呈球状,粒径为9.2 nm,较高的比表面积201 m2/g。对甲基橙溶液的光降解实验结果表明,在350W氙灯(模拟自然光)条件下,共掺杂的TiO2对于甲基橙的降解率为96.4%,光催化活性高于P25。在太阳光下,光照4 h,对甲基橙的降解率达到84.5%。     

固体法制备Cu/La2O3-NiO催化剂及其光催化性能

采用3种不同的顺序制备了镧镍复合氧化物前驱体后,再在这3种物质上用等体积浸渍法制备了一系列Cu/La2O3-NiO催化剂。用XRD、TEM分别对催化剂表面结构、表面形貌进行了表征,以CO2和H2O光催化合成甲醇反应为探针反应研究了不同的制备方法对催化剂性能的影响。结果表明:先混合碾磨并一起焙烧后再处理的Cu/La2O3-NiO催化剂,其光催化活性最强,而先分开碾磨后一起焙烧再处理的催化剂光催化活性其次,而机械混合后再一起处理的催化剂对目的反应没有光催化活性。其中0.5%Cu/La2O3-NiO催化剂的催化效果最好。     

气体传感器用Au掺杂WO3基复合涂层的组织及气敏性研究

为了提高气体传感器的测试精度, 选择等离子喷涂工艺来制备Au掺杂WO₃基(WO₃/Au)复合涂层, 并对复合涂层的组织和气敏性展开分析。结果表明: 在WO₃/Au复合涂层的X射线衍射谱图上, 只观察到WO₃与Au对应的两种衍射峰, 没有出现其他物相的衍射峰; 相对于纯WO₃涂层, WO₃/Au复合涂层没有发生颗粒尺寸、结晶度与微观结构的显著改变; WO₃/Au复合涂层的吸脱附曲线发生了分离的现象, 出现了脱附滞后的情况。当温度上升, 气体传感器用纯WO₃涂层和WO₃/Au复合涂层都出现了响应值先升高到峰值又逐渐降低的现象, 其中最大值出现在300℃处; 不同于纯WO₃涂层, 气体传感器用WO₃/Au复合涂层可以实现对NO₂的快速响应, 并获得更短的恢复时间, 说明WO₃/Au复合涂层具备更优的气敏性。     

MoO3的复合改性及光致发光与光催化性质

采用室温液相陈化法制备了复合WO3的MoO3粉体,利用XRD、XPS、UV-Vis和PL光谱对合成产物进行了表征,以太阳光为光源对有机染料结晶紫进行了光催化降解研究。UV-Vis漫反射光谱和PL光谱分析结果表明,适量WO3的复合,能够改善MoO3对光的吸收,降低MoO3的PL光谱强度;当WO3复合量为5%时,复合物的PL光谱强度最低,结晶紫溶液的脱色率为89.12%,COD去除率为87.2%。