毕业设计(论文)-WO3薄膜的光催化性能研究.doc
《毕业设计(论文)-WO3薄膜的光催化性能研究.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《毕业设计(论文)-WO3薄膜的光催化性能研究.doc(39页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、I WO3薄膜的光催化性能研究薄膜的光催化性能研究 摘要摘要 薄膜材料是相对于半导体材料而言的,是人们采用特殊的方法,在半导体材料的表面沉 积或制备的一层性质与半导体材料完全不同的物质层。薄膜材料因具有光学性质、电学性质、 磁学性质、化学性质、力学性质、热学 性质等多种特性在许多领域得到应用,如电学薄膜、 光学薄膜、硬质膜、耐蚀膜、润滑膜、装饰膜、包装膜等。 光催化剂在光照的条件下能够产生强氧化性的自由基,该自由基能彻底降解几乎所有的 有机物,并最终生成 H2O、CO2 等无机小分子,加上光催化反应还具有反应条件温和,反 应设备简单,二次污染小,操作易于控制,催化材料易得,运行成本低,可望用太
2、阳光为反 应光源等优点。研究表明 WO3光催化稳定性良好,对光催化降解水中污染物也有较理想的催 化效果,而且我国钨蕴藏丰富,居世界第一,WO3有广泛来源。 本实验采用钨粉过氧化聚钨酸法制备基础溶胶,在溶胶中采取添加与无添加草酸对比研 究其效果,找出影响 WO3薄膜光催化性能的主要因素,研究其对 WO3薄膜的成膜性、表面 形貌、光催化性能的影响。研究发现在溶胶中添加草酸后 WO3薄膜的光催化性能更佳,降解 率也有所提高。采用光催化实验分别研究优化的浸渍提拉工艺,脉冲电泳沉积工艺及直流电 沉积工艺参数对 WO3薄膜光催化性能的影响,找出影响薄膜性能的主要因素,分别对比分析 直流电沉积工艺,浸渍提拉
3、工艺及脉冲电泳沉积工艺,研究这三种成膜方式对 WO3薄膜光催 化性能的影响。研究证明在三种工艺添加草酸后制备的 WO3薄膜光催化性能更佳,降解率也 比起无添加草酸有提高,最终得到三种工艺当中不管是添加或无添加草酸,直流电沉积工艺 制备的 WO3薄膜的光催化性能最佳,罗丹明 B 的降解率也达到了最高。 关键词:关键词:WOWO3 3薄膜,光催化,浸渍提拉工艺,脉冲电泳沉积工艺,直流电沉积工薄膜,光催化,浸渍提拉工艺,脉冲电泳沉积工艺,直流电沉积工 艺,过氧化聚钨酸艺,过氧化聚钨酸 福州大学本科生毕业论文 II WO3 thin film photocatalytic properties Abs
4、tract People with a special method in semiconductor material surface preparation a layer of film materials,it is completely different physicality to semiconductor material. Film materials because of its optical properties, electrical properties, magnetic properties, chemical and mechanical propertie
5、s, thermal properties, such as various characteristics in many areas to be applications such as electrical film, optical thin film, hard film, corrosion resistant film, lubricant, decorative membrane, packaging film, etc. Light under the condition of catalysts in the illumination can produce strong
6、oxidizing free radicals, this free radicals can thoroughly degraded almost all of the organic matter, and ultimately generate H2O, CO2 and other inorganic of small molecules, plus photocatalytic reaction also has mild reaction condition, reaction, the equipment is simple, secondary pollution small,
7、operation easy control, catalytic materials, low cost and easy operation with the sun light is for reaction etc. Research shows that WO3 photocatalytic good stability, light catalytic degradation water pollutants have ideal catalytic effect, and Chinas tungsten rich, ranking the first, have extensiv
8、e WO3 source. This experiment used tungsten powder together peroxide based sol prepared tungsten acid legal system adopted in sol, add and non-increase oxalic acid contrast research its effect, affecting the WO3 film light catalytic properties, study the main factors of the WO3 film into the membran
9、ous, surface morphology, photocatalytic performance influence. The study found that the added after oxalate sol-gel thin WO3 photocatalytic degradation rate performance is better, has also improved. Research by photocatalytic experiments were optimized macerate tiras craft, pulse electrophoresis dep
10、osition process and dc WO3 thin film deposition process parameters on the effect of light catalytic properties, find out the main factors of influence film properties respectively, sedimentary processes, comparison and analysis of the dc tilak process and pulse electrophoresis impregnation sedimenta
11、ry processes, research the three film of photocatalytic WO3 film way properties. Research proof in three process after the WO3 add oxalate preparation of film photocatalytic degradation rate, performance is better than non-increase oxalic acid have also increased, eventually get three process add or
12、 non-increase among both sedimentary fabrication processes of oxalic acid, dc WO3 film the best performance of the photocatalytic degradation rates, LuoDanMing B also reached the highest. Keywords: WO3Film, Photocatalytic, Dip-coating technique, pulsed electrophoretic deposition process, DC current
13、process, peroxide Decatungstate I 目 录 摘要I Abstract.II 第 1 章 绪论.1 1.1 引言.1 1.2 光催化剂及分类.2 1.2.1 常见光催化剂2 1.2.2 纳米光催化剂3 1.3 光催化机理.3 1.4 光催化技术的应用.4 1.4.1 废水处理4 1.4.2 空气净化4 1.4.3 超亲水性4 1.5 氧化钨.5 1.5.1 WO3的晶格特征.5 1.5.2 WO3薄膜的物理化学性质.6 1.6 WO3薄膜的制备方法.6 1.6.1 电化学沉积法6 1.6.2 溶胶-凝胶法.7 1.6.3 溅射法9 1.6.4 热蒸发法9 1.6.
14、5 离子镀技术9 1.6.6 脉冲电沉积10 1.7 本课题的研究目的和内容.10 第 2 章 实验方法.11 2.1 主要实验试剂及仪器.11 2.2 薄膜的制备.12 2.2.1 衬底的前处理12 2.2.2 溶胶的配制12 2.3 溶胶成膜.13 2.3.1 浸渍提拉成膜13 2.3.2 脉冲电沉积成膜14 2.3.3 直流电沉积成膜14 2.4 样品的烘干和热处理.15 福州大学本科生毕业论文 II 2.5 实验过程.15 2.5.1 浸渍提拉工艺15 2.5.2 脉冲电泳沉积工艺15 2.5.3 直流电沉积工艺16 2.6 性能检测.16 2.7 分析方法17 2.8 紫外-可见光吸
15、光度检测 18 2.9 形貌观察.19 第 3 章 结果与分析.20 3.1 浸渍提拉工艺.20 3.2 浸渍提拉工艺性能检测.20 3.2.1 光催化性能检测20 3.2.2 薄膜形貌23 3.3 脉冲电沉积工艺.23 3.4 脉冲电沉积工艺性能检测.24 3.4.1 光催化性能检测24 2无添加与添加草酸前后降解率比较25 3.4.2 薄膜形貌27 3.5 直流电沉积工艺.27 3.6 直流电沉积工艺性能检测.28 3.6.1 光催化性能检测28 3.6.2 薄膜形貌31 结 论.32 参考文献.34 致 谢.36 WO3薄膜的光催化性能研究 1 第 1 章 绪论 1.1 引言引言 薄膜材
16、料是相对于体材料而言的,是人们采用特殊的方法,在体材料的表面沉积或制备 的一层性质与体材料完全不同的物质层1。薄膜材料因具有光学性质、电学性质、磁学性质、 化学性质、力学性质、热学 性质等多种特性在许多领域得到应用,如电学薄膜、光学薄膜、 硬质膜、耐蚀膜、润滑膜、装饰膜、包装膜等2。目前,薄膜材料已受到广大研究者的极大 重视,主要是因为许多材料在一定条件下制备的薄膜具有明显不同于体材料的结构和特性, 这些薄膜所特有的反常结构和特性,使薄膜材料具有不少常规材料所不具备的特性,为发展 新型功能材料开辟了一条宽广的途径。另外,由于能够比较简单并在基底或工件表面制备出 一层高性能的薄膜,相对于制备体材
17、料,可以大大节约资源能源等物资,对于缓解能源危机 和资源紧张具有重要的历史意义。 光催化技术( Photocatalytic Oxidation) 是一种高级氧化技术( advanced oxidation process, AOP )。光催化剂在光照的条件下能够产生强氧化性的自由基,该自由基能彻底降解几乎所 有的有机物,并最终生成 H2O、CO2 等无机小分子,加上光催化反应还具有反应条件温和, 反应设备简单,二次污染小,操作易于控制,催化材料易得,运行成本低,可望用太阳光为 反应光源等优点,所以本试验选用来 WO3薄膜研究其光催化性能。 光催化技术是在 20 世纪 70 年代诞生的基础纳米
18、技术。以半导体纳米材料为催化剂,利 用太阳能光催化氧化有毒物是近 20 年来研究的热门课题之一,1972 年,Fijishima 和 Honda 等人在研究水在 TiO2电机上的光致分解时发现了光催化现象。 近年来随着半导体光催化研究的快速发展,人们开始关注三氧化钨的光化学活性。作为 光催化剂的 N 型半导体种类很多,有 TiO2、ZnO、Fe2O3、CdS 和 WO3等。研究表明 WO3光 催化稳定性良好,对光催化降解水中污染物也有较理想的催化效果,而且我国钨蕴藏丰富,居 世界第一,WO3有广泛来源。为此,我们选用 WO3作为催化剂,研究其在不同条件下的光催 化效果。 在六十年代就有人研究三
19、氧化钨薄膜材料,尤其是对其电致变色、光致变色、电化学等 性能的研究比较多,也取得了显著的成果。到目前为止,人们已经采用很多种方法来制备氧 化钨薄膜,如蒸发法,溅射法,溶胶凝胶法,电子束蒸发法,化学蒸气沉积法,电沉积,脉 冲准分子激光沉积法,离子镀法等,其中大部分方法的技术复杂,工艺条件要求严格,但溅 射法和蒸发法等具有稳定,方便,薄膜均匀等优点,得到很好的应用。Sol-gel 法由于操作简 单,成份容易控制而成为研究的热点,但也存在需要多次成膜,膜厚不易控制的缺点;采用 电沉积法制备 WO3膜,可以通过控制沉积时间得到所需的厚度,有操作简单,可一次成膜, 福州大学本科生毕业论文 2 透明度高,
20、膜层均匀及和基底结合牢固的优点3。 1.2 光催化剂光催化剂及分类及分类 光催化剂就是在光子的激发下能够起到催化作用的化学物质的统称。最典型的天然光催 化剂就是我们常见的植物的光合作用,空气中的二氧化碳和水在光的作用下合成为氧气和碳 水化合物。总的来说纳米光催化技术是一种纳米仿生技术,用于环境净化,自清洁材料,先 进新能源,癌症医疗,高效率抗菌等多个前沿领域。 1.2.1 常见光催化剂常见光催化剂 世界上能作为光催化剂的材料众多,包括二氧化钛(TiO2),三氧化钨(WO3) ,氧化锌 (ZnO),氧化锡(SnO2),二氧化锆(ZrO2),硫化镉(CdS)等多种氧化物硫化物半导体,其中二氧 化钛
21、(Titanium Dioxide)因其氧化能力强,化学性质稳定无毒,成为世界上最当红的纳米光催 化剂材料。在早期,也曾经较多使用硫化镉(CdS)和氧化锌(ZnO)作为光催化剂材料,但是由 于这两者的化学性质不稳定,会在光催化的同时发生光溶解,溶出有害的金属离子具有一定 的生物毒性,故发达国家目前已经很少将它们用作为民用光催化材料,部分工业光催化领域 还在使用。 二氧化钛是一种半导体,分别具有锐钛矿(Anatase),金红石(Rutile)及板钛矿(Brookite)三 种晶体结构,其中只有锐钛矿结构和金红石结构具有光催化特性。 二氧化钛是氧化物半导体的一种,是世界上产量非常大的一种基础化工原
22、料,普通的二 氧化钛一般称为体相半导体以与纳米二氧化钛相区分。具有 Anatase 或者 Rutile 结构的二氧 化钛在具有一定能量的光子激发下光子激发原理参考光催化剂反应原理能使分子轨道中的 电子离开价带(Valence band)跃迁至导带(conduction band)。从而在材料价带形成光生空穴 Hole+,在导带形成光生电子e-,在体相二氧化钛中由于二氧化钛颗粒很大,光生电子在到 达导带开始向颗粒表面活动的过程中很容易与光生空穴复合,从而从宏观上我们无法观察到 光子激发的效果。但是纳米的二氧化钛颗粒由于尺寸很小,所以电子比较容易扩散到晶体表 面,导致原本不带电的晶体表面的 2 个
23、不同部分出现了极性相反的 2 个微区-光生电子和光生 空穴。由于光生电子和光生空穴都有很强的能量,远远高出一般有机污染物的分子链的强度, 所以可以轻易将有机污染物分解成最原始的状态。同时光生空穴还能与空气中的水分子形成 反应,产生氢氧自由基亦可分解有机污染物并且杀灭细菌病毒。这种在一个区域内 2 个微区 截然相反的性质并且共同达到效果的过程是纳米技术典型的应用,一般称之为二元论。该反 应微区称之为二元协同界面。 从上面介绍我们可以看到,二氧化钛的光催化反应过程,很大程度依靠第一步的光子激 发,所以有足够激发二氧化钛的光子,才能提供足够的能量,我们也可以知道,光催化反应 WO3薄膜的光催化性能研
24、究 3 并不是凭空产生的它也是需要消耗能量的,符合能量守恒原则,它消耗的是光子,也就是光 能。如果是太阳光照射光催化剂就利用太阳能,灯光就是利用光能。联合国将光催化剂开发 列为 21 世纪太阳能利用计划的重要组成部分。 近年来随着半导体光催化研究的快速发展,人们开始关注三氧化钨的光化学活性。作为 光催化剂的 N 型半导体种类很多,有 TiO2,ZnO,Fe2O3,CdS 和 WO3等。研究表明 WO3光 催化稳定性良好,对光催化降解水中污染物也有较理想的催化效果,而且我国钨蕴藏丰富,居 世界第一,WO3有广泛来源。 1.2.2 纳米光催化剂纳米光催化剂 纳米光催化剂是污染物的克星,其作用机理简
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 毕业设计 论文 WO3 薄膜 光催化 性能 研究
链接地址:https://www.31doc.com/p-3948576.html