基于三氧化钨材料的改性及其光催化性能研究

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作者：

方宏标

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摘要：

随着工业化的快速发展,伴随而来的水污染问题也日渐受到人们的重视.半导体光催化技术可以利用太阳光降解水中的有机污染物,有望为解决环境和能源问题提供有效的途径.然而传统的光催化剂具有可见光利用率低,光生电子与空穴易重合从而导致了光催化效率较低.三氧化钨(WO_3)因为具有优良的光活性,化学稳定性及物理稳定性在光催化领域得到了广泛的研究与应用,其能够响应部分可见光,且光生电子空穴的重合率较低,对多种有机污染物都有降解能力,但由于其导电性和还原能力较低,其应用受到限制.此外,粉状催化剂WO_3由于分离和再生困难,难以用于实际中进行大规模水污染处理.本文通过沉淀-煅烧-共沉积法制备了WO_3/Ag/AgCl类棒状粉末光催化复合材料,并由此进一步通过旋涂-煅烧-沉积-光致还原法制备了WO_3/Ag/AgCl薄膜光催化材料.使用XRD,SEM,TEM,XPS和UV-vis等测试方式对光催化剂样品的形貌结构,元素组成及光性能进行分析,同时通过使用甲基橙(MO)和罗丹明B(RhB)作为目标污染物在可见光下评测光催化剂样品的光催化性能,稳定性和可回收性.制备出的催化剂样品具有良好的结晶性,且薄膜样品表面的催化剂分布均匀,厚度适中,透明性好,均具有良好的光催化性能,且相对于纯WO_3光催化剂而言,改性后的光催化剂的光催化性能均有很大的提高.在300 W(安装有滤波片滤掉紫外光)氙灯照射下,WO_3/Ag/AgCl类棒状粉末光催化剂对MO(5 mg/L)和RhB(5 mg/L)的最好降解效率分别为94%和96%,所用时间均为50分钟;WO_3/Ag/AgCl薄膜光催化剂对MO(5 mg/L)和RhB(5 mg/L)的最好降解效率分别为99%和95%,所用时间分别为180和150分钟.经过循环实验发现两种光催化剂均的稳定性都较好,特别是薄膜催化剂,5次循环试验后光催化效率降低不超过5%,且能够无损回收,是一种可实用性很强的光催化材料.除此之外,通过光电流和电化学阻抗图谱(EIS)检测发现薄膜光催化样品具有较好的光生电子空穴分离效率,并结合光催化活性物检测实验提出了相应的光催化机理.

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学位级别：

硕士