三氧化钨半导体复合光催化剂

三氧化钨图片

半导体复合的意义

半导体复合的意义首先在于具有不同能带结构的半导体微粒,为利用窄带隙的半导体敏化宽带隙的半导体纳米颗粒提供可能性;其次,在于二次元复合半导体中两种半导体之间的能级差使得光生载流子由一种半导体微粒的能级注入到另一种半导体的能级上,产生了有效而长期的电荷分离;另外,不同金属离子由于其配位及电荷性不同产生过剩电荷,也能增加其半导体俘获电子或质子的能力,从而提升光催化剂的活性。常见的半导体复合光催化剂有:WO3/α-Fe2O3、WO3/CeO2、WO3/Y2O3、WO3/TiO2、WO3/CdS/W等。

半导体WO3/α-Fe2O3/W复合光催化剂

复相WO3/α-Fe2O3/W中少量金属W粉能够提高催化剂的催化活性。其原理不仅是因为金属的催化性质;同时,由于电子在金属的富集,减少了半导体表面电子的浓度,从而减少了电子与空穴在半导体表面的复合(水溶液中,由于界面杂质能级的存在,表象复合是最主要的,半导体内的复合次之),从而加速了电子的传递,提高半导体的光催化活性。同时,研究还表明,加入1%的W是最适合的量。

α-Fe2O3P型半导体,WO3是n型半导体,根据某文献的报道:n型半导体中掺入P型半导体时,光催化活性较高。WO3的禁带宽度为2.4eV ~2.8eV,由于P型α-Fe2O3的禁带宽度为2.3eV,n型WO3的禁带宽度为2.8eV(取高端),两者的组合拓宽光催化剂的禁带宽度到2.3eV~2.8eV,从而大为提高对可见光的吸收率,进而提升WO3光催化剂的催化活性。

WO3/CeO2复合光催化剂

研究表明,基质WO3中掺杂CeO2能提高其光催化活性,其原理是:当光催化剂受到足够的光能量的激发时,WO3和CeO2同时发生带间跃迁,由于其导电带和价带能级的差异,三氧化钨导带上的电子转移到能级较低的CeO2的导带上并在此聚集,而光生空穴则聚集在能级较高的WO3价带上。在这个基础上的光生电子与空穴的分离效率比纯的WO3和CeO2来得高,从而提升其催化活性。

WO3/CdS/W复合光催化剂处理废水

实验研究了使用WO3/CdS/W复合光催化剂对印染废水进行深度处理,其结果显示,在适当的组分质量比为WO3:CdS:W=60:39:1的条件下,印染废水的COD、色度去除率分别达到69.8%、71.0%。

硫化镉(CdS)有两种形式的晶体:α-式呈柠檬黄色粉末;β-式呈桔红色粉末。高纯度硫化镉是良好的半导体,对可见光有强烈的光电效应,可用于制光电管、太阳能电池、光敏电阻、光催化剂等。研究表明,在WO3中加入适量的CdS能够提高光触媒的催化活性。因WO3是禁带宽度Eq=2.8eV(较大),而CdS的禁带宽度为Eq=2.12eV(较小),WO3与CdS的复合使用,其对可见光吸收率大为提高。

新型三氧化钨复合光催化剂

近年来,新型的光催化材料的开发和应用引起了研究者们的广泛关注,如WO3和石墨烯的复合光催化剂,号称能在15分钟内完全降解罗丹明B。

这种三氧化钨-石墨烯光触媒由于具有特殊的组成和多孔结构,而具优异的性能。三氧化钨的纳米框架能够通过多孔结构的多重反射,而有效的吸收可见光。其生成的电荷能够快速的转移到石墨烯,从而避免了电荷重组。另外,石墨烯纳米片暴露在光催化剂的表面,这保证了石墨烯和染料污染物之间的π–π共轭,进而引发催化剂材料基板上的高吸收率。这些性能结合起来,通过光催化作用增强了染料污染物的降解。

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