[发明专利]一种调变单斜相/六方相异相结三氧化钨光催化剂中六方相含量的方法

说明书

本发明属于材料领域，尤其涉及一种调变单斜相/六方相三氧化钨异相结中六方相含量的方法。步骤如下：将钨酸盐与去离子水混合，配制成钨酸盐含量为2‑10wt％的悬浊液；向钨酸盐悬浊液中加入晶型稳定剂，再加入络合剂；待上述溶液变成澄清透明溶液之后，再加入10mL乙二醇；将上述混合溶液在70‑90℃下浓缩，得到湿凝胶；将湿凝胶经60℃‑120℃干燥后得到干凝胶；将干凝胶放入马弗炉，在350‑450℃焙烧1.5‑4h，研磨成干凝胶粉末；对得到的干凝胶粉末，在700‑900℃条件下再次进行焙烧2‑54h，得到单斜相/六方相异相结WO₃催化剂。本发明操作简单，不仅能够实现六方相含量在0‑71.1％之间连续调变，并且制备的六方相含量为71.1％异相结WO₃光催化剂的光催化性能是纯单斜相WO₃光催化剂的2.5倍。

技术领域

本发明属于材料领域，尤其涉及一种调控异相结型光催化剂的光催化性能的制备方法，具体是一种调变单斜相/六方相三氧化钨异相结中六方相(或单斜相)含量的方法，从而调控单斜相/六方相三氧化钨异相结催化剂的光催化性能。

背景技术

近年来，作为一种n型半导体，三氧化钨(WO₃)因其在光催化降解有机污染物和光催化分解水方面显示出优异性能而备受关注。WO₃禁带宽度较窄(2.4-2.8eV)，有利于可见光的吸收，与光催化领域中广泛使用的TiO₂相比，对于太阳能中可见光的利用率显著提高。然而，较高的光生电子-空穴复合效率阻碍WO₃光催化性能的进一步提高。通常采取增大比表面积、减小粒径、元素掺杂、与其他金属氧化物耦合形成“异质结”等方式改善WO₃光催化性能。研究表明，异相结(不同晶相之间形成的界面)的形成也能够有效地促进光生电子-空穴分离，从而提高光催化性能。Liu等(Liu,Z.；Zhang,X.；Jin,M.；Tryk,D.A.AnataseTiO₂Nanoparticles on Rutile TiO₂Nanorods:A Heterogeneous Nanostructure ViaLayer-By-Layer Assembly.Langmuir.2007,23,10916-10919.)，研究了调变锐钛矿/金红石二氧化钛“异相结”中两相含量对其光催化性能的影响，结果表明合适的相比例，有效地促进光生电子-空穴分离，从而导致光催化活性提高1.2倍，这为我们进一步改善WO₃光催化性能提供思路。WO₃具有单斜、三斜、正交、六方、立方等晶相，其中单斜相与六方相是广泛应用在光催化领域的两种晶相。我们课题组的研究(Lu,Y.；Liu,G.；Zhang,J.；Feng,Z.；Li,C.；Li,Z.Fabrication of a Monoclinic/Hexagonal Junction in WO₃and Its EnhancedPhotocatalytic Degradation of Rhodamine B.Chinese J.Catal.2016,37,349-358)结果表明，单斜相和六方相WO₃之间“异相结”的形成能够很好地促进WO₃半导体表面光生电子-空穴的分离，与单一晶相(纯单斜相)WO₃相比，形成“异相结”后光催化性能提高到原来的2倍。然而，仅仅通过简单的改变焙烧条件很难对“异相结”中两相含量进行调变，六方相含量最高只有21.36％。热力学上，单斜相为稳相，而六方相属于亚稳相。优先制得六方相WO₃，在六方相逐渐转变为单斜相的过程中构建单斜相/六方相异相结更容易实现对异相结中两相含量调变的目的。然而研究表明，六方相WO₃需要外加离子或分子来稳定其六方相孔道结构，并且一旦这些稳定离子或分子流失，那么骨架就会坍塌，立即转变为单斜相。因此，如何稳定六方相，并在焙烧时控制六方相向单斜相转化是调变单斜相/六方相异相结中六方相含量的关键步骤。

发明内容