三氧化鎢納米晶的制備及催化性能研究

摘 要：三氧化鎢能有效降解有機污染物，是一種禁帶間隙能值較低的納米功能材料，因其良好的催化、傳感以及光電轉換等性能，成為目前功能材料研究的熱點。為了測定WO3納米晶的最佳催化性能，本實驗采用溶膠凝膠法制備WO3納米晶薄膜。最終得出合成酸和絡合劑為HNO3和H2C2O4，溫度為450℃的環境下，WO3具有最佳催化性能，對酸性品紅的光解率達到77.56%，遠優于其他樣品。

關鍵詞：三氧化鎢;納米晶薄膜;光催化性能;溶膠凝膠法

1、緒論

由于人類文明的進步，水污染和有害氣體污染問題日益嚴重，這與人類生活有著密不可分的關系，并不斷威脅著人類的生存安全。污染物的數量和質量都在不斷變化，并且在每年新增的3800種化學品中，至少有300種新材料不斷被合成，這對致力于解決環境問題的科研人員都是極大的挑戰[1]。

氧化鎢，分子式為WO3，分子量為 231.85，是一種禁帶間隙能值較低的納米功能材料，因其良好的催化、傳感以及光電轉換等性能，成為目前功能材料研究的熱點[2]。嚴格化學計量比的WO3晶體結構為正八面體，其中心為鎢原子，周圍環繞六個氧原子。事實上，WO3的晶格結構因氧離子的缺失而發生畸變。當鎢/氧比不能滿足1：3時，氧空位的存在使其以一系列亞化學計量比的WO3-x（0

2、三氧化鎢納米晶的制備

2.1實驗原理

本實驗采用溶膠凝膠法制備三氧化鎢納米晶，即將原料分散在溶劑中，經過水解反應生成活性單體，活性單體進行聚合成為溶膠，生成具有一定空間結構的凝膠[4]。凝膠經過干燥、燒結固化制備出納米亞結構的材料。

2.2三氧化鎢溶膠制備

稱取1.00ɡ鎢酸鈉至潔凈干燥的燒杯中，加水溶解，滴加HCL生成H2WO4沉淀后，繼續滴加HCL至再無沉淀生成，向其中滴加絡合物H2O2溶液至沉淀完全溶解。以此制備出酸為HCL、H2SO4、HNO3、H3PO4，絡合物為H2O2、H2C2O4、C6H8O7的三氧化鎢溶膠。

2.3三氧化鎢薄膜的制備

本實驗將采用浸漬提拉法在處理過的玻璃基底表面制備三氧化鎢薄膜。用鑷子夾住載玻片的一角，將其浸入三氧化鎢溶膠，勻速拉出[5]，待載玻片上的溶膠自然晾干后，依次提拉載玻片其他三角，重復四到五次。

2.4三氧化鎢薄膜熱處理

將制備好的三氧化鎢薄膜放入坩堝，置于馬弗爐，設置好馬弗爐的溫度和升溫速度[6]，進行熱處理一小時，熱處理溫度分別為100℃、200℃、300℃、400℃、450℃和500℃。

3、實驗測定

3.1最大吸收波長的測定

取兩個干燥潔凈的燒杯，一只加入5ml的酸性品紅溶液，另一只加入5ml的酸性品紅及制得的薄膜，放在太陽下光照45分鐘，用紫外可見分光光度計測量兩個燒杯內的酸性品紅溶液的吸光度，測量波長范圍為400nm-600nm。通過觀察數據可以直觀的發現酸性品紅溶液的最大吸收波長為550 nm。

3.2最佳溫度的測定

將煅燒過的三氧化鎢納米晶薄膜冷卻后放到5ml酸性品紅溶液中，光照45分鐘，再測其吸光度，判斷其最佳煅燒溫度為450℃。隨著煅燒溫度的升高，經三氧化鎢納米晶薄膜光催化降解后的酸性品紅溶液的吸光度數值不斷減小，但當溫度升至大于450℃時，其吸光度數值又增大了。

3.3最佳酸與絡合物的確定

將制備的12種三氧化鎢溶膠薄膜經最佳溫度450℃熱處理后，放到盛有5 ml酸性品紅溶液的燒杯中，光照45 min，測其吸光度，得出三氧化鎢納米晶的光催化活性：

（1）當絡合物為H2O2溶液時，HNO3、H2SO4>H3PO4>HCL;

（2）當絡合物為H2C2O4時，HNO3>H2SO4>HCL>H3PO4;

（3）當絡合物為C6H8O7時，H2SO4>HNO3>HCL>H3PO4;

故由硝酸與草酸制得的三氧化鎢納米晶薄膜是最佳薄膜[7]，其降解效果最顯著，光催化降解能力最強。

3.4可見光下的降解率

通過數據可以看出：三氧化鎢納米晶薄膜對酸性品紅溶液的降解率隨著光照時間的增加不斷增大[8]。當降解時間為60 min時三氧化鎢納米晶薄膜對酸性品紅溶液的降解率高達77.56%[9]。因此，三氧化鎢納米晶薄膜具有良好的可見光催化性能。

3.5穩定性的測定

由數據可以看出：三氧化鎢納米晶薄膜對酸性品紅溶液的前五次降解效果比較顯著，其降解能力隨著降解次數的增加逐漸減弱，有效使用次數約為4-5次，因此三氧化鎢納米晶薄膜能夠達到有效降低污水處理成本的目的。

4、結論

通過一系列實驗，我們發現當合成酸和絡合物為硝酸和草酸、煅燒溫度為450℃時，三氧化鎢納米晶薄膜具有最佳光催化活性，對酸性品紅溶液的光降解率高達77.56%，并且具有良好的重復使用性。

參考文獻

[1]超細三氧化鎢粉體的研究現狀及應用前景[J].喻曉劍，彭志宏. 金屬材料與冶金工程.2011（03）

[2]納米三氧化鎢的制備及其應用研究[J].楊志廣，王筠，馮麗，吳亞楠，趙朗. 應用化工.2015（04）

[3]納米WO3的水熱合成及其光催化性能研究[J].張相輝.工業水處理.2015（09）

[4]劉強.金屬鎢基三氧化鎢納米孔薄膜的制備及其光電催化性能[D].上海：上海交通大學，2014.

[5]岳蘭.浸漬提拉法制備有機介質層鋁銦鋅氧薄膜晶體管[J].半導體光電，2018，39（01）：86-90.

[6]林建平.銦煙塵的微波焙燒/馬弗爐焙燒對銦浸出率的影響[D].昆明：云南師范大學，2014.

[7]Yao Y，Zhao N，Feng J J，Yao，M.M.& Li，F.Photocatalytic activities of Ce or Co doped nanocrystalline TiO2-SiO2 composite films.Ceramics International，2013，39（4）：4735-4738.

[8]尹翔.六方相三氧化鎢的制備及光催化性能研究[D].長沙：中南大學，2011.

[9]Yao，Y，Yin，M，Yan，J，Yang，D，& Liu，S.F.Controllable synthesis of Ag-WO3 core-shell nanospheres for light-enhanced gas sensors.Sensors and Actuators，B：Chemical.，2017，251：583-589.

作者簡介：

黃娜（1999-），女，漢族，寧夏回族自治區固原市人，本科生，研究方向：化工。

（作者單位：寧夏師范學院）