WO3基儲(chǔ)能型復(fù)合光催化劑及其抗菌和降解污染物性能的研究.pdf

1、太陽(yáng)能的有效利用對(duì)可持續(xù)發(fā)展的重要性不言而喻。作為光能轉(zhuǎn)換和利用的新興技術(shù)之一--半導(dǎo)體光催化技術(shù)在環(huán)境凈化、抗菌及防腐等各方面具有廣泛的應(yīng)用前景。但是,光催化效應(yīng)只有在光照條件下才能發(fā)揮作用,光照停止,光催化反應(yīng)也隨之終止,所以在實(shí)際應(yīng)用中受到一定的限制。儲(chǔ)能型光催化技術(shù)作為光催化功能在黑暗條件下的延伸與拓展而被人們所重視。一方面,在有光源的條件下,因光激發(fā)而具有光催化效應(yīng)；另一方面,通過(guò)存儲(chǔ)光照條件下產(chǎn)生的光生電子,繼而在黑暗中釋放

2、并加以利用,則可繼續(xù)發(fā)揮光催化效果。作為一個(gè)新興的研究方向,目前儲(chǔ)能型光催化材料的研究還非常有限。本文分別用溶膠凝膠法和高溫固相反應(yīng)法制備了TiO2-WO3、CdS-WO3以及K4Ce2Ta10-xNbxO30-WO3儲(chǔ)能型復(fù)合光催化劑,用XRD、SEM、TEM等方法對(duì)所制備的材料進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征,嘗試用電化學(xué)表征方法表征催化劑的儲(chǔ)能特性,并以光催化降解和光催化抗菌性等進(jìn)一步佐證材料的儲(chǔ)能性。研究了制備條件、催化劑結(jié)構(gòu)特性與催化劑儲(chǔ)能特性

3、的相關(guān)性,分別獲得了紫外光和可見(jiàn)光響應(yīng)的儲(chǔ)能型復(fù)合光催化材料。
　　 因薄膜型光催化材料較易于在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行性能測(cè)試,本文采用常用的溶膠凝膠及提拉法分別在載玻片和ITO玻璃上制備了WO3和TiO2-WO3薄膜。利用循環(huán)伏安法及重復(fù)充放電測(cè)試了氧化還原性、持續(xù)使用性和電荷存儲(chǔ)性,并通過(guò)光催化抗菌性能進(jìn)一步佐證材料的儲(chǔ)能性。通過(guò)電化學(xué)測(cè)試表明,所制備的WO3具有穩(wěn)定的氧化還原可逆性和電子存儲(chǔ)效應(yīng),因此,可作為復(fù)合光催化劑中的電子存儲(chǔ)材

4、料。TiO2-WO3薄膜具有電量存儲(chǔ)性能、持續(xù)使用性及光催化儲(chǔ)能效應(yīng)。在電化學(xué)測(cè)試中,TiO2-WO3薄膜的電荷存儲(chǔ)性能受薄膜的厚度、WO3摻雜量和重復(fù)使用次數(shù)的影響:材料的存儲(chǔ)容量隨著重復(fù)使用次數(shù)的增加大致先增加繼而下降；放電效率隨著薄膜厚度的增加先增加后減弱,同時(shí)由于附著性的下降,薄膜的可持續(xù)使用性降低；材料的儲(chǔ)能效應(yīng)隨著材料中WO3摻雜量的增加有所提高。TiO2-WO3光催化劑薄膜具有在黑暗中繼續(xù)殺菌的功能,且儲(chǔ)能抗菌效率受薄膜的

5、厚度和WO3含量的影響:當(dāng)TiO2與WO3摩爾比一定時(shí),在一定的厚度內(nèi),薄膜的抗菌效率隨厚度的增加先增加繼而降低；當(dāng)具有相同厚度時(shí),隨著WO3含量的增加,抗菌效率增加趨勢(shì)更為明顯?？咕Чc儲(chǔ)能放電量的結(jié)果相一致。同時(shí),增加光照儲(chǔ)能時(shí)間,復(fù)合薄膜的儲(chǔ)能抗菌效率增加。
　　 光催化粉體具有較高的活性,且可作為涂料而具有廣泛的應(yīng)用。本文通過(guò)濕化學(xué)法制備了TiO2-WO3粉末光催化劑,其中,TiO2顆粒鑲嵌在WO3的顆粒表面,繼而通過(guò)

6、光充電存儲(chǔ)光生電子,采用電化學(xué)方法測(cè)試其儲(chǔ)能性能。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明,TiO2-WO3具有明顯的光催化儲(chǔ)能性能,而與此相比較,單一的TiO2沒(méi)有光催化儲(chǔ)能性,單一的WO3只具有非常微弱的儲(chǔ)能效應(yīng)。TiO2-WO3復(fù)合光催化劑的儲(chǔ)能性能受熱處理溫度、TiO2與WO3兩者之間的接觸狀況和兩者摩爾配比的影響:(1)熱處理溫度的變化改變了材料的晶體結(jié)構(gòu),影響了材料的光催化儲(chǔ)能性能。當(dāng)樣品中WO3為無(wú)定形或低結(jié)晶的結(jié)構(gòu)時(shí),材料中有著易于離子和電子

7、遷移或嵌入的孔道結(jié)構(gòu),具有最佳的儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)；當(dāng)熱處理溫度升高時(shí),結(jié)品度增加,材料中的孔道結(jié)構(gòu)變得致密,不利于電子和離子的遷移,其光催化性能下降。(2)兩種氧化物的接觸狀態(tài)會(huì)影響電子的傳送與遷移,進(jìn)而影響了材料對(duì)電子的存儲(chǔ)能力。(3)樣品中的TiO2和WO3兩種氧化物的摩爾比為1:1時(shí),儲(chǔ)能性能達(dá)到最佳。當(dāng)摩爾比增大或降低時(shí),材料的光催化儲(chǔ)能性能相對(duì)較差。這是由于TiO2和WO3分別承擔(dān)光生電子的產(chǎn)生和存儲(chǔ)所致。
　　 本文將TiO

8、2-WO3粉末光催化劑應(yīng)用于光催化降解中,以?xún)?chǔ)能降解效應(yīng)進(jìn)一步佐證了材料的儲(chǔ)能性,并探討了材料的晶體結(jié)構(gòu)對(duì)儲(chǔ)能降解的影響。光催化儲(chǔ)能降解過(guò)程中,由于可供降解的光生電子僅來(lái)源于WO3中所存儲(chǔ)的而沒(méi)有持續(xù)的光生電子來(lái)源,其儲(chǔ)能降解效率較差。光催化儲(chǔ)能降解效應(yīng)可持續(xù)1～2 h。TiO2-WO3粉末光催化劑的儲(chǔ)能降解效應(yīng)隨制備溫度的變化而變化,其變化規(guī)律與儲(chǔ)能性能的變化規(guī)律相一致。當(dāng)材料具有最大存儲(chǔ)電量時(shí),其光催化儲(chǔ)能降解效應(yīng)最強(qiáng)。熱處理溫度對(duì)

9、材料的儲(chǔ)能性能的影響在儲(chǔ)能降解中進(jìn)一步得到驗(yàn)證。
　　 本文選擇了合適的光催化劑進(jìn)行復(fù)合,研究了具有可見(jiàn)光響應(yīng)的儲(chǔ)能型光催化劑,通過(guò)能帶調(diào)控等改性方法提高其可見(jiàn)光響應(yīng)的效應(yīng),以獲得可見(jiàn)光儲(chǔ)能的新型光催化劑。以電子存儲(chǔ)材料WO3為基體,制備的CdS-WO3具有一定的響應(yīng)可見(jiàn)光的儲(chǔ)能效應(yīng),光照后儲(chǔ)能殺菌性較強(qiáng)。K4Ce2Ta10-xNbxO30-WO3系列材料在全光譜下具有一定的儲(chǔ)能性能,其儲(chǔ)能性能隨光照充電時(shí)間的延長(zhǎng)而增加。在可見(jiàn)