【摘要】：三氧化鎢(WO_3)是一種帶隙寬度為2.7 eV的典型n型半導(dǎo)體材料,其在電致和光致變色、化學傳感器和光催化等方面有著廣泛的應(yīng)用。由于材料自身的性質(zhì)強烈地依賴于其微觀結(jié)構(gòu)和形貌,因此,近些年來具有各種不同微/納結(jié)構(gòu)的WO_3被人們先后地合成出來。其中,三維多孔WO_3因具有較高的比表面積、豐富的孔隙構(gòu)成和三維自支撐結(jié)構(gòu)等特點,引起了人們的廣泛關(guān)注。目前,用于制備三維多孔WO_3的技術(shù)主要包括模板法,陽極氧化法和溶劑蒸發(fā)誘導(dǎo)自組裝方法等。然而,這些方法在使用過程中,通常面臨著制備過程復(fù)雜、反應(yīng)條件苛刻、難以大量生產(chǎn)等問題。為此,針對以上的問題,本文運用一種新型的三維多孔材料制備方法—真空冷凍干燥法來制備三維WO_3多孔材料。取得的主要研究結(jié)果如下:(1)以高分子聚乙烯醇(PVA)/磷鎢雜多酸(H_3PW_(12)O_(40))水溶液為前驅(qū)體,采用真空冷凍干燥技術(shù),得到PVA/H_3PW_(12)O_(40)復(fù)合多孔材料,再經(jīng)過高溫煅燒過程,制備了具有宏觀三維結(jié)構(gòu)特征、孔道均勻的多孔WO_3材料。實驗過程中,通過調(diào)節(jié)高分子PVA的含量和煅燒溫度等因素,研究合成條件對三維多孔WO_3形貌結(jié)構(gòu)的影響;隨后,以實驗中合成的三維多孔WO_3為光催化劑,在可見光條件下研究了其對染料Rhodamine B(RhB)的光催化降解能力。研究結(jié)果表明,我們制備的WO_3多孔結(jié)構(gòu)的孔道寬大約3 10μm,壁厚為0.68μm左右。當PVA含量較高時,WO_3的比表面積較大,其光催化性較好。當改變煅燒溫度時,發(fā)現(xiàn)在800°C條件下煅燒后得到的樣品的光催化性能最好。通過系統(tǒng)的研究,我們發(fā)現(xiàn)多孔WO_3光催化性能的增強可能歸因于其較大的比表面積、相互連通的大孔結(jié)構(gòu)以及較高晶體質(zhì)量。(2)以PVA/H_3PW_(12)O_(40)/P25的水溶液為前驅(qū)體,利用真空冷凍干燥結(jié)合后續(xù)高溫煅燒的方法制備了三維多孔TiO_2/WO_3異質(zhì)結(jié)材料,并探究了WO_3的負載量對Ti O_2/WO_3異質(zhì)結(jié)的光催化性質(zhì)的影響。結(jié)果表明,隨著WO_3負載量的增多,樣品的光催化性能逐漸變好。分析認為,一方面異質(zhì)結(jié)的構(gòu)建可以使電子空穴對得到有效分離,從而使光生電荷擴散到材料表面并參與表面反應(yīng)。另一方面,基于這種大孔兼具介孔結(jié)構(gòu)的TiO_2/WO_3異質(zhì)結(jié)材料光催化性能的提高,也可能是由于樣品比表面積的增大和活性位點的增多。
【學位授予單位】：東北師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TB383.4;O643.36
【圖文】：

隨著科學技術(shù)的迅速發(fā)展，納米材料由于其良好的性能被人們普遍的應(yīng)用[1]。然而，這些分散粉末在使用過程中需要進行收集，因此很難在工業(yè)中大規(guī)模應(yīng)用，例如，它們不容易在降解的污染物的混合物中循環(huán)使用。有趣的是，納米材料可制成三維多孔結(jié)構(gòu)，使其具有開放的、相互連接的孔結(jié)構(gòu)，兼具宏-微觀特征。通過模板膠體球、電化學、模板輔助溶膠-凝膠和溶劑蒸發(fā)誘導(dǎo)自組裝等多種途徑也可以制備了三維多孔結(jié)構(gòu)的材料。然而，發(fā)展具有可控形貌的宏觀和微觀結(jié)構(gòu)、簡單可靠、且大規(guī)模生產(chǎn)的這種合成方法是個很大的挑戰(zhàn)。1.1 多孔材料概述1.1.1 多孔材料的應(yīng)用及研究進展多孔材料是孔道或者邊界的支柱相互連接或者封閉，并構(gòu)建成網(wǎng)狀的材料[2]。多孔材料也是功能性的材料由于它的孔結(jié)構(gòu)特征豐富，高滲透性，較高的比表面積，較強的吸附能力等，可以應(yīng)用的領(lǐng)域很多[3-4]：生物醫(yī)藥方面；光電材料方面；航空航天方面；建筑材料方面；環(huán)境污染處理方面，比如它可以被用作吸附和催化材料等[5-6]。

架子等[10]。在建筑建材方面，因為多孔材料的特殊結(jié)構(gòu)，可以保溫隔熱，具有熱穩(wěn)定等特點可用于室內(nèi)的裝修，使室內(nèi)更加溫暖，減少了能源的消耗[11]。環(huán)境保護方面，可以用于水質(zhì)凈化，比如說，多孔材料 CPS－HMS 可以去除水的三氯甲烷。也可用于降解有機廢物，多孔結(jié)構(gòu)與有機分子的接觸面積大，所以可以量吸附水和水中的羥基，發(fā)生一系列的化學反應(yīng)，最終羥基可以把有毒有害的有機物化二氧化碳和水[12]。多孔材料作為最早的進入人們視線的納米材料之一。隨著時代的發(fā)展，多孔材料應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，對其性能的要求也越快越嚴格，所以制備和合成多孔材料的方也是越來越多樣。1.1.2 多孔材料的分類按孔徑的尺寸來分（IUPAC），超微孔材料的孔徑尺寸在 0.7 nm 之內(nèi)，以 2 nm 50 nm 為界，尺寸小于 2 nm 為微孔材料, 尺寸在 2 和 50 nm 之間為介孔材料，超過 50 n為宏孔/大孔材料[13]。

按照元素構(gòu)成來分，可分成無機和有機多孔材料。前者又可以劃分為金屬和非金屬多孔材料[15]。陶瓷、硅氣凝膠等有機多孔材料在生活中應(yīng)用廣泛。在沸石、活性炭屬于最早被發(fā)現(xiàn)的多孔材料[16]。按照多孔材料的孔結(jié)構(gòu)的排列有序水平來分，又可分成有序和無序多孔材料。無序多孔材料的排列雜亂無章無序可尋，可以通過簡單方法便可獲取。反之則為有序多孔材料。1.1.3 多孔材料的制備方法模板法，是通過模板來控制孔的形貌和孔的大小的一種方法[17]。該方法源于仿生學的思路，也就是說，要合成一種多孔材料，只要根據(jù)需求來控制模板即可。模板物的選擇很廣泛，大多為聚合物等。模板法通�？梢苑譃檐浤０宸ê陀材０宸�。顧名思義，根據(jù)模板的軟硬程度來定義。軟模板的材質(zhì)一般較軟，通常為表面活性劑和聚合物微球等硬模板的材質(zhì)一般為剛性，比如分子篩管等。模板法通常被人們選來做大孔材料。首次合成介孔二氧化硅的是 Toshiyuki 團隊，他們在氨基烷烴里加入陰離子表面活性劑，獲得具有氨基性能的介孔二氧化硅，在吸附和催化中得到廣泛的使用[18]。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 秦邦;趙玉寶;李輝;邱亮;樊造;;不同晶面Cu_2O光催化還原Cr(VI)的性能（英文）[J];催化學報;2015年08期

2 叢永健;宋敏;;多孔材料應(yīng)用在組織工程中的現(xiàn)狀及前景[J];中國組織工程研究;2014年30期

3 黃彩敏;;多孔材料的應(yīng)用研究與發(fā)展前景[J];裝備制造技術(shù);2014年02期

4 牟婉君;李興亮;陳琪萍;鐘正坤;;WO_3介孔材料的研究進展[J];光譜實驗室;2013年06期

5 劉俊玲;潘春躍;喻桂朋;盧海湛;;多孔材料在藥物緩釋方面的應(yīng)用研究進展[J];廣州化工;2013年13期

6 高小青;饒雪輝;王吉德;肖峰;宿新泰;;水熱法制備微納結(jié)構(gòu)氧化鎢[J];化學進展;2013年01期

7 陳楊;唐昭芳;祝雅娟;姚超;;反蛋白石結(jié)構(gòu)三維有序大孔CeO_2的制備和性能[J];材料研究學報;2012年05期

8 田曉曼;;多孔材料的應(yīng)用研究進展[J];河南化工;2012年19期

9 楊榮極;蔡華強;黃輝;聶福德;官德斌;;有序多孔材料在含能材料研究中的應(yīng)用[J];含能材料;2012年03期

10 王宗花;郭新美;夏建飛;張菲菲;夏延致;李延輝;;基于納米材料電化學生物傳感器的研究進展[J];分析測試學報;2011年11期

相關(guān)博士學位論文 前4條

1 張志毅;溶膠凝膠法調(diào)控制備多孔新能源材料及其性能研究[D];浙江大學;2016年

2 王可欣;鹵氧化鉍基復(fù)合納米纖維的制備及其光催化性能研究[D];東北師范大學;2016年

3 薛金娟;基于貴金屬的復(fù)合光催化材料的制備及其性能研究[D];東南大學;2016年

4 李娣;幾種半導(dǎo)體光催化劑的制備及光催化性能研究[D];南開大學;2014年

相關(guān)碩士學位論文 前6條

1 谷一冉;納米三氧化鎢的制備及其光催化性能研究[D];東南大學;2016年

2 孫孟勇;冷凍干燥法制備多孔Si_3N_4陶瓷及性能研究[D];濟南大學;2016年

3 劉麗麗;納米結(jié)構(gòu)三氧化鎢的制備及其氣敏性研究[D];長安大學;2016年

4 汪李超;介孔WO_(3-x)的合成及其光熱催化性能研究[D];上海應(yīng)用技術(shù)學院;2016年

5 陳秋陽;有機硅多孔材料的結(jié)構(gòu)調(diào)控及性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2013年

6 侯U喗

本文編號：2753623