氧化鐵體相摻雜和表面修飾對氧化鎢光催化性能的影響.pdf

1、對當(dāng)前的環(huán)境和能源問題來說，半導(dǎo)體光催化和染料光敏化技術(shù)都顯的非常重要。因為它們除了可以光解水生成清潔可循環(huán)的氫能外，還能利用太陽能，將存在于液相和氣相的有機(jī)和無機(jī)污染物分解。在眾多的半導(dǎo)體光催化劑中，TiO2因其高效、穩(wěn)定、低成本的特征而被廣泛研究。但是，在到達(dá)地球表面的太陽光譜中，大約只有5％的紫外光能被TiO2所利用。因此，發(fā)展新的有效的可見光催化劑是目前勢在必行的挑戰(zhàn)。
　　 氧化鐵和氧化鎢均為有色的半導(dǎo)體。已有研究表明

2、，在紫外光和可見光作用下，它們都能夠發(fā)生光催化反應(yīng)。在外加偏壓的條件下，能使水分子氧化而放氧。本論文采用氧化鐵修飾氧化鎢，用于光催化降解有機(jī)染料和（氯）苯酚，較為系統(tǒng)地研究了各種影響因素及其反應(yīng)機(jī)理。此外，金屬酞菁配合物能夠高效吸收可見光，本論文也部分開展了金屬酞菁配合物光敏化降解氯代苯酚的研究。本論文共分為六章，主要研究內(nèi)容和成果如下:
　　 (1)WO3的價帶空穴具有和TiO2相當(dāng)?shù)幕钚裕谒芤褐薪到庥袡C(jī)污染物卻非常緩

3、慢，主要是因為其導(dǎo)帶電子很難被氧氣捕獲。我們首次使用H2O2作為電子捕獲劑，極大地加快了紫外和可見光照下，WO3降解水溶液中X3B和苯酚的速率。通過DMPO-EPR檢測，發(fā)現(xiàn)加入H2O2后，羥基自由基的產(chǎn)量也有很大提高。隨溶液初始H2O2濃度的增加，苯酚的降解率呈先升高后達(dá)飽和的趨勢。
　　 (2)由分解鐵鎢酸制得兩種含鐵的WO3(FeW)，顯示了比同樣條件制得的WO3(HW)更高的活性。隨著樣品煅燒溫度的提高，F(xiàn)eW和HW的活

4、性都有所提高。FeW活性最高的400℃煅燒的樣品降解苯酚的速率常數(shù)比HW活性最好的600℃的樣品高兩倍。電子順磁共振(EPR)和其他表征技術(shù)表明，120℃煅燒的樣品，摻雜的鐵在氧化鎢表面，隨后在高溫煅燒下進(jìn)入WO3的品格中，這對光催化反應(yīng)有決定性的影響。實(shí)驗結(jié)果表明，表面摻雜的鐵加快了有機(jī)物的降解，而體相摻雜的鐵則不利于光催化反應(yīng)。在350nm光強(qiáng)激發(fā)下，催化劑在469nm為中心的位置有藍(lán)光發(fā)射，與預(yù)期的一樣，發(fā)射峰的強(qiáng)度隨催化劑活性的

5、不同而變化。我們對WO3活性提高的機(jī)理進(jìn)行了推測，可能是由WO3到Fe2O3的電子轉(zhuǎn)移及H2O2產(chǎn)生的羥基自由基造成的。
　　 (3)我們發(fā)現(xiàn)，WO3和Fe2O3的簡單混合也可以使它們在H2O2存在下，紫外和可見光降解苯酚的活性有很大的提高。商品WO3和自制的Fe2O3在水溶液中混合，隨后在空氣中400℃煅燒得到復(fù)合催化劑Fe2O3/WO3。Fe2O3/WO3的活性隨混合氧化物中Fe2O3量的不同而變化?；钚宰罡叩?.0wt％F

6、e2O3/WO3是紫外光和可見光下純WO3活性的3.8和2.1倍。電子順磁共振譜顯示，F(xiàn)e2O3/WO3產(chǎn)生的羥基自由基的量也增加很多。固體樣品表征表明，F(xiàn)e2O3顆粒高度分散在樣品中，有很小的尺寸和很大的比表面積。我們推測所觀察到的兩種氧化物間的協(xié)同效應(yīng)，是由于WO3的導(dǎo)帶電子轉(zhuǎn)移到Fe2O3的低能級缺陷造成的。這種界面間的電子轉(zhuǎn)移加快了WO3光生載流子的分離，并隨之加快了催化劑表面苯酚的降解。
　　 (4)金屬酞菁作為可見光

7、下單線態(tài)氧的產(chǎn)生劑，其降解環(huán)境污染物的報道很多，但對降解產(chǎn)物的詳細(xì)研究則很少。我們研究了四磺基酞菁鋁(AlPcS4)水溶液中降解2，4，6-TCP的產(chǎn)物。TCP的降解產(chǎn)物主要有2，6-二氯-1,4-苯醌、2，6-二氯-1,4-苯二酚、氯代馬來酸、氯代富馬酸、馬來酸、富馬酸和Cl-離子。各種產(chǎn)物的量也隨溶液pH值的不同而有所變化，堿性溶液中TCP礦化的更徹底。大分子產(chǎn)物的量隨pH值升高而減少，并且這類產(chǎn)物在催化劑和氧氣存在與否的條件下都能