WO3基半导体纳米材料的制备及其光催化性能研究

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作为太阳能的转化利用方式之一,光催化相比传统的加热反应,具有清洁环保、安全易控等优点,因此制备高催化活性的光催化剂成为当前研究的热点。本文采用水热法制备了WO3纳米棒,在此基础上,分别通过共沉淀法和水热法制备了不同摩尔比例的Cu2O-WO3和WO3-Ti O2纳米复合半导体,研究了WO3基半导体纳米材料的光催化性能。Cu2O-WO3复合半导体由立方体和不规则颗粒构成。紫外可见光测试表明,相较于纯WO3物质2.8 e V的禁带宽度,摩尔比例为1:2的Cu2O-WO3复合半导体的吸收边界红移至540 nm,禁带宽度降为2.3 e V,将光响应范围有效拓展至了可见光区。偏压-0.6 V下Cu2O-WO3复合半导体的光生电流密度最高达到了-0.81 m A/cm2,是暗光下WO3的10.7倍。光降解Rh B溶液的测试中,Cu2O-WO3的反应速率常数是WO3的6.6倍,展现了优异的光降解性能。这说明WO3与Cu2O形成的pn型异质结结构,有效促进了光生载流子的分离,提高其存活时间,大幅提升了光催化活性。WO3-Ti O2复合半导体的SEM表征结果显示为Ti O2颗粒负载在WO3纳米棒表面。紫外-可见光谱表明,Ti O2的吸收边在380 nm左右,W/(Ti+W)摩尔百分含量为10mol%的WO3-Ti O2的吸收边界拓展至420 nm左右,禁带宽度约为2.95 e V,对可见光的利用增强,吸收强度大幅提高。在偏压0.8 V下WO3-Ti O2复合半导体的光生电流密度最高可达1.55 m A/cm2,是暗光条件下Ti O2的7.37倍。降解Rh B溶液的测试中,WO3-Ti O2达到了87.8%的光降解率,其反应速率常数是Ti O2的3.83倍,光降解性能明显优于其他材料。WO3-Ti O2复合半导体借助能带差异,促进了光生电子空穴的迁移,提高了其光催化性能。
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