金属钨基三氧化钨纳米孔薄膜的制备及其光电催化性能

摘要

WO3是窄带系半导体材料(2.5-3.0eV),对波长为400-500nm的可见光有着良好的响应,此外 WO3拥有良好的稳定性,因此在光催化领域中得到了广泛的关注。WO3纳米材料更是由于纳米结构的特性使其具有更佳的光催化能力。阳极氧化的方法具有简易、快速和易于调控的特点,是广为使用的一种纳米材料制备技术。相较于传统的纳米薄膜,利用阳极氧化技术制备的金属钨基三氧化钨(WO3/W)纳米孔薄膜材料,由于金属钨与纳米薄膜层的自然结合,具有更好的光生电子传输性能,因而成为近年来的研究的热点。本论文重点研究了WO3/W纳米孔薄膜电极材料的阳极氧化制备方法及其光电催化性能。在此基础之上,通过光沉积的方法在WO3/W纳米孔薄膜电极表面沉积了Co-Pi催化剂,以提高其光电催化性能和稳定性。
　　本文在含有0.3％ HF和0.3wt.% NaF的水溶液电解质体系中,研究了阳极氧化制备 WO3/W纳米孔薄膜电极的影响因素。WO3/W纳米孔薄膜电极的电镜扫描图(SEM)和线性伏安扫描曲线(I-V)研究表明,影响电极制备的因素有电解液体系的组成、阳极氧化电压、阳极氧化时间等。在该体系中可以制备出纳米孔孔径在50-100nm左右,孔结构分布均匀,形貌规整的WO3/W纳米孔薄膜电极,制备的最佳条件为:阳极氧化电压为60V,阳极氧化时间为60min。这种WO3/W纳米孔薄膜电极可以表现出良好的光电催化性能,在外加电压达到1.0V时,光电流可达到2.4 mA,光能量转化效率达到60%。
　　在此基础上,本文利用光辅助沉积的方法在WO3/W纳米孔薄膜电极表面进行了Co-Pi催化剂的沉积改性,并通过线性伏安扫描曲线(I-V),光转化效率,稳定度,紫外可见漫反射光谱(UV-vis)和X射线光电子能谱分析(XPS)等方法对其进行了测试。沉积 Co-Pi催化剂后的WO3/W纳米孔薄膜电极相比较单一的WO3/W纳米孔薄膜电极,在同一外加电压的条件下,光电流明显增大,光转化效率提高15%。对其进行电流-时间(I-T)曲线扫描,沉积Co-Pi催化剂后的WO3/W纳米孔薄膜电极稳定度明显提高,在长时间使用的情况下,光电流保持相对的稳定性。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 WO3纳米薄膜材料的制备方法

1.3 WO3纳米薄膜材料的改性

1.4 WO3纳米薄膜材料在环境领域的应用

1.5 问题的提出

1.6 研究内容与技术路线

第二章 实验准备与研究方法

2.1 实验仪器与试剂

2.2 阳极氧化法制备WO3/W纳米孔薄膜电极

2.3 研究方法

第三章 WO3/W纳米孔薄膜电极制备条件的研究

3.1 引言

3.2 电解质浓度的影响

3.3 阳极氧化电压的影响

3.4 阳极氧化时间的影响

3.5 WO3/W纳米孔薄膜电极的表征

3.6 光电催化降解有机物

3.7 本章小结

第四章 WO3/W纳米孔薄膜电极表面修饰改性的研究

4.1 引言

4.2 实验准备

4.3 WO3/W纳米孔薄膜电极表面沉积Co-Pi催化剂

4.4 光电催化性能测定

4.5 沉积后WO3/W纳米孔薄膜电极的表征

4.6 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 创新点

5.3 研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的学术成果