Fe掺杂WO3和铜氧化物/WO3复合材料的制备及其气体传感性能与光催化活性研究

来源 :天津理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kensenwey
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氧化钨(WO3)及其复合材料可广泛应用于气体传感器、光催化降解有机染料、电致变色、光致变色等多个领域。本文采用简单的水热法合成了WO3纳米板、系列Fe掺杂的WO3纳米板以及Cu2O或Cu O与WO3的复合材料。对系列Fe掺杂WO3纳米板以及Cu O/WO3复合材料进行了系统的气体传感性能研究,并提出了相应的传感机理。对系列Fe掺杂WO3纳米板以及Cu2O/WO3复合材料的光催化活性进行了研究,并提出了相应的反应机理。具体内容如下:1.采用水热法成功制备了不同Fe含量(0.5%-5%)的系列铁掺杂WO3纳米板。对样品进行了XRD、SEM、TEM、XPS与BET等表征,并系统研究了其气敏和可见光降解性能,探究了掺杂铁元素对氧化钨的气体传感性能和光催化性能的影响。结果表明,Fe掺杂WO3纳米板对丙酮具有优异的气体传感性能,也对亚甲基蓝染料(MB)具有优异的可见光降解活性。显著提升的气体传感性能可归于Fe3+掺杂引起的WO3纳米板的电荷转移速率的提高。而0.5%Fe-WO3样品的最佳光降解活性,可能既与其电荷转移速率及电荷分离效率的提升有关,也与其对可见光的吸光度提升有关。自由基捕获实验结果显示除了O2-·作为主要活性物种,·OH作为次要活性物种也参与了MB的光降解。2.将水热法合成的WO3与液相还原法合成的Cu2O通过超声结合水热法制备了系列Cu2O/WO3复合材料。利用XRD、SEM、TEM、XPS与BET对样品进行了表征,系统的研究了Cu2O/WO3复合物的可见光催化降解MB的活性,综合考虑比表面积、光吸收度、电荷转移速率以及参与光催化反应的活性物种提出了光催化机理。结果表明,Cu2O与WO3之间形成了异质结,抑制了光生载流子的复合,提高了光催化活性,Cu2O和WO3的摩尔比为1:2时材料表现出最佳活性,·OH、O2-·以及h+均作为活性物种参与了MB的光降解。3.以上述合成的Cu2O/WO3复合材料为原料,通过在空气中煅烧氧化得到了系列Cu O/WO3复合材料。对样品进行了XRD、SEM、TEM、XPS与BET表征分析,系统的研究了Cu O/WO3复合材料对丙酮的气体传感性能,提出了气体传感机理。结果表明,Cu O与WO3摩尔比为1:2时传感器对丙酮具有最佳气体传感性能,这可归于Cu O/WO3材料形成了p-n异质结,提高了电荷转移速率。
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