摘 要：三氧化鎢能有效降解有機(jī)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(zhuǎn)換等性能，成為目前功能材料研究的熱點(diǎn)。為了測(cè)定WO3納米晶的最佳催化性能，本實(shí)驗(yàn)采用溶膠凝膠法制備WO3納米晶薄膜。最終得出合成酸和絡(luò)合劑為HNO3和H2C2O4，溫度為450℃的環(huán)境下，WO3具有最佳催化性能，對(duì)酸性品紅的光解率達(dá)到77.56%，遠(yuǎn)優(yōu)于其他樣品。

關(guān)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(jìn)步，水污染和有害氣體污染問題日益嚴(yán)重，這與人類生活有著密不可分的關(guān)系，并不斷威脅著人類的生存安全。污染物的數(shù)量和質(zhì)量都在不斷變化，并且在每年新增的3800種化學(xué)品中，至少有300種新材料不斷被合成，這對(duì)致力于解決環(huán)境問題的科研人員都是極大的挑戰(zhàn)[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(zhuǎn)換等性能，成為目前功能材料研究的熱點(diǎn)[2]。嚴(yán)格化學(xué)計(jì)量比的WO3晶體結(jié)構(gòu)為正八面體，其中心為鎢原子，周圍環(huán)繞六個(gè)氧原子。事實(shí)上，WO3的晶格結(jié)構(gòu)因氧離子的缺失而發(fā)生畸變。當(dāng)鎢/氧比不能滿足1：3時(shí)，氧空位的存在使其以一系列亞化學(xué)計(jì)量比的WO3-x（0

2、三氧化鎢納米晶的制備

2.1實(shí)驗(yàn)原理

本實(shí)驗(yàn)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(jīng)過水解反應(yīng)生成活性單體，活性單體進(jìn)行聚合成為溶膠，生成具有一定空間結(jié)構(gòu)的凝膠[4]。凝膠經(jīng)過干燥、燒結(jié)固化制備出納米亞結(jié)構(gòu)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(xù)滴加HCL至再無沉淀生成，向其中滴加絡(luò)合物H2O2溶液至沉淀完全溶解。以此制備出酸為HCL、H2SO4、HNO3、H3PO4，絡(luò)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(shí)驗(yàn)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(fù)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(shè)置好馬弗爐的溫度和升溫速度[6]，進(jìn)行熱處理一小時(shí)，熱處理溫度分別為100℃、200℃、300℃、400℃、450℃和500℃。

3、實(shí)驗(yàn)測(cè)定

3.1最大吸收波長(zhǎng)的測(cè)定

取兩個(gè)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(jì)測(cè)量?jī)蓚€(gè)燒杯內(nèi)的酸性品紅溶液的吸光度，測(cè)量波長(zhǎng)范圍為400nm-600nm。通過觀察數(shù)據(jù)可以直觀的發(fā)現(xiàn)酸性品紅溶液的最大吸收波長(zhǎng)為550 nm。

3.2最佳溫度的測(cè)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(cè)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(jīng)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(shù)值不斷減小，但當(dāng)溫度升至大于450℃時(shí)，其吸光度數(shù)值又增大了。

3.3最佳酸與絡(luò)合物的確定

將制備的12種三氧化鎢溶膠薄膜經(jīng)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(cè)其吸光度，得出三氧化鎢納米晶的光催化活性：

（1）當(dāng)絡(luò)合物為H2O2溶液時(shí)，HNO3、H2SO4>H3PO4>HCL;

（2）當(dāng)絡(luò)合物為H2C2O4時(shí)，HNO3>H2SO4>HCL>H3PO4;

（3）當(dāng)絡(luò)合物為C6H8O7時(shí)，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(qiáng)。

3.4可見光下的降解率

通過數(shù)據(jù)可以看出：三氧化鎢納米晶薄膜對(duì)酸性品紅溶液的降解率隨著光照時(shí)間的增加不斷增大[8]。當(dāng)降解時(shí)間為60 min時(shí)三氧化鎢納米晶薄膜對(duì)酸性品紅溶液的降解率高達(dá)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(wěn)定性的測(cè)定

由數(shù)據(jù)可以看出：三氧化鎢納米晶薄膜對(duì)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(shù)的增加逐漸減弱，有效使用次數(shù)約為4-5次，因此三氧化鎢納米晶薄膜能夠達(dá)到有效降低污水處理成本的目的。

4、結(jié)論

通過一系列實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)合成酸和絡(luò)合物為硝酸和草酸、煅燒溫度為450℃時(shí)，三氧化鎢納米晶薄膜具有最佳光催化活性，對(duì)酸性品紅溶液的光降解率高達(dá)77.56%，并且具有良好的重復(fù)使用性。

參考文獻(xiàn)

[1]超細(xì)三氧化鎢粉體的研究現(xiàn)狀及應(yīng)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(yīng)用研究[J].楊志廣，王筠，馮麗，吳亞楠，趙朗. 應(yīng)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(yè)水處理.2015（09）

[4]劉強(qiáng).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(xué)，2014.

[5]岳蘭.浸漬提拉法制備有機(jī)介質(zhì)層鋁銦鋅氧薄膜晶體管[J].半導(dǎo)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(duì)銦浸出率的影響[D].昆明：云南師范大學(xué)，2014.

[7]Yao Y，Zhao N，F(xiàn)eng J J，Yao，M.M.& Li，F(xiàn).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(zhǎng)沙：中南大學(xué)，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(jiǎn)介：

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

（作者單位：寧夏師范學(xué)院）