WO3-x光解水催化剂结构与性能关系研究

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WO3是一种性能优良、用途广泛的半导体材料,特别是作为光催化剂在光解水及大气、水等环境有机和无机污染物降解方面有着广阔的应用前景。但由于钨氧化物价态变化大,含氧量难以确定,结构相变多和电学性质复杂等原因,不同晶型WO3-X的光催化性质一直不能确定。本文以APT和H2WO4为原料,通过固相烧结法和水热晶化法合成了WO3-X光催化剂。通过Raman,XRD,SEM,DRS,TG-DTA和XPS对WO3-X的结构进行了表征。以Fe3+为电子给体,考察了WO3-X的光分解水析氧活性,探讨了不同原料及不同制备方法合成的WO3-X结构与光催化分解水析氧性能的关系。所得结论如下:(1)APT经固相烧结法制备的WO3-X光催化剂,主要由单斜相组成,当处理温度为600℃、处理时间为4h时,出现了六方相WO3-X,氧指数为2.44,光分解水析氧速率最高,在365nm紫外灯照射下,产氧速率达到145.8μmol/L/h O2。而APT经水热晶化法制备的WO3-X为单斜相,光催化分解水性能较差。(2)H2WO4经固相烧结法制备的WO3-X光催化剂均为单斜相,光催化分解水性能随处理温度变化不大。经水热晶化法处理所得WO3-X中出现了正交相及六方相,氧指数为2.50,光催化分解水性能得到较大提高,其中24h水热晶化产物的光分解水速率最高,在365nm紫外灯照射下,产氧速率达140μmol/L/h O2。(3)水热晶化法中,随着处理温度的升高,原料经历了由正交WO3-X·0.33H2O→六方WO3-X→单斜WO3-X的转变过程,直至正交相和六方相完全转变为单斜相。WO3-X的光催化分解水性能也随着六方相含量的减少而不断降低。因此,介稳态六方WO3-X的存在有利于提高WO3-X光催化分解水性能。(4)随着氧指数的逐渐减小,WO3-X的光催化分解水速率先逐渐升高,达到极限大值后又急剧降低,即WO3-X的光催化性能存在一最佳氧空位含量;当氧指数小于2.30时,WO3-X呈现出蓝色;不论原料及制备方法如何,当合成的WO3-X氧指数值为2.44~2.50时,其光催化分解水析氧性能较高,催化剂的光催化分解水产氧速率均大于108μmol/L/h O2
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