[發明專利]電化學自摻雜型WO3

有效

• 申請號: 201811457314.9
• 申請日: 2018-11-30
• 公開（公告）號: CN109647377B
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發明（設計）人: 張延榮;汪曉光
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B01J23/30
• 分類號: B01J23/30;B01J35/10;C02F1/30;C02F1/461;C02F1/72;B01D53/86;B01D53/72;B01D53/44;C02F101/34;C02F101/38
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 孫楊柳;曹葆青

本發明公開了一種電化學自摻雜型WO₃顆粒負載TiO₂納米管及制備方法與應用，屬于光催化材料領域。所述TiO₂納米管內壁和外壁上負載了WO₃納米顆粒；所述復合物中含有W⁵⁺缺陷和Ti³⁺缺陷及W⁵⁺缺陷和Ti³⁺缺陷伴隨產生的氧空穴。通過采用負載WO₃對TiO₂納米管進行改性，并通過對其進行電化學還原處理進一步改性，改變其缺陷容量及其對可見光的響應范圍，提高其光催化以及光電催化性能。將材料應用于室內揮發性有機物的光催化降解以及抗生素溶液的光電降解，具有更高的降解效率。

技術領域

本發明屬于光催化材料領域，更具體地，涉及一種電化學自摻雜型WO₃顆粒負載TiO₂納米管及制備方法與應用。

背景技術

自1972年，日本科學家Fujishima和Honda首次發表在n-半導體TiO₂電極上發現水的光電催化分解的報道以來，TiO₂以獨特的光學性質和較高光催化活性，在光學材料、光電化學和光電磁、光催化降解污染物等領域的應用中得到廣泛的發展。1991年Iij ima等人發現了碳納米管，由于其獨特的結構和優異的性能，一維納米材料(如納米線、納米管、納米膜)受到了人們的廣泛關注和研究。TiO₂納米管陣列作為TiO₂的二維納米材料，因其高度有序、尺寸可控的結構特征和獨特的電子轉移特性而引起越來越多的關注。與其他形態TiO₂納米材料相比，TiO₂納米管陣列有著更大的比表面積、更好的電子傳輸通道及吸附能力，因此可更好的提高光電轉換效率、光催化性能等，特別是在管中修飾金屬、非金屬粒子或其他半導體氧化物材料，將會極大改善TiO₂的催化、光電及電磁性能。1999年Zwilling等通過陽極氧化法獲得了具有高度有序陣列結構的TiO₂納米管。目前，TiO₂納米管的制備方法還包括溶膠-凝膠法、水熱合成法以及磁控濺射法等。

然而，受限于TiO₂半導體本身較寬的禁帶(3.2eV)，該半導體材料僅能利用波長在可見光區的太陽能資源，以及光催化難以避免的光生電子-空穴復合問題，TiO₂納米管的催化效率，特別是在可見光區的催化效率較低，因此大量的改性工作就此展開。主要包括貴金屬的表面修飾、過度金屬修飾及離子摻雜、非金屬摻雜與共摻雜以及半導體復合等。

基于WO₃半導體材料禁帶寬度低、無毒廉價等優點，2013年以來，大量的工作將WO₃負載于TiO₂納米管上，以形成異質結，提高TiO₂納米管基材料的響應波長，進而提高光催化效率。然而，由于不可避免的光生電子-空穴的復合現象，該材料的光催化以及光電催化性能始終不能達到實際生產的標準。

發明內容

本發明解決了現有技術中光響應型催化劑缺陷容量有限、對可見光的響應范圍窄，光催化以及光電催化性能差的技術問題。針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種可見光響應電化學還原自摻雜型 WO₃顆粒負載TiO₂納米管及其制備方法和應用，其目的在于將WO₃負載于 TiO₂納米管表面，改變其帶隙寬度和位置，從而增加其對可見光的響應范圍，進一步地，利用電化學還原處理的方法對WO₃顆粒負載TiO₂納米管進行改性，提高其光催化以及光電催化性能，使其能有效并快速地降解用于氣相或者液相中有機污染物的降解。