WO3@CNT的电化学合成文献综述

 2023-12-04 11:12

文献综述

WO3是一种的无机半导体过度金属氧化物材料,在智能窗、显示器件、光电开关及信息存储器等方面具有很好的应用前景,自上个世纪50年代 以来一直受到广大科研工作者的青睐。纳米材料具有特殊的围观结构,由于其小尺寸效应使性能与宏观大尺寸材料有显著的差异,可广泛应用于化学、物理学、电子学、光学、机械、军事和生物医药等方面。[1-2]由于纳米粒子的微观结构,尺寸和形貌等因素对材料的特性及应用会产生重要影响,故对于纳米粒子形貌的控制研究也引起了人们的极大关注。纳米WO3材料的小尺寸效应,界面效应和场发射效应等,使其在光、电、磁、电子等方面都具有广阔的应用前景。[3-4]然而,纯WO3作为光催化剂并不总是有利的,因为它的局限性、电子 - 空穴复合率和储氧问题。因此,需通过以下方法改进:(1)改变WO3的形貌和粒径; [5](2)加载贵金属,在WO3中掺杂金属或非金属[6]和(3)与半导体结合。[7]而本文采取克服单一WO3弊端的方法是与半导体复合。

复合材料是人们运用先进的材料制备技术将不同性质的材料组分优化组合而成的新材料。在很多领域都发挥了很大的作用,代替了很多传统的材料。它可以发挥各种材料的优点,克服单一材料的缺陷,扩大材料的应用范围。由于复合材料具有重量轻、强度高、加工成型方便、弹性优良、耐化学腐蚀和耐候性好等特点,已逐步取代木材及金属合金,广泛应用于航空航天、汽车、电子电气、建筑、健身器材等领域,在近几年更是得到了飞速发展。[8]

WO3@CNT作为拥有良好性能的复合纳米材料,其合成方法一直是研究人员乐此不疲去研究的主题,现如今,常用合成方法有水热合成法,溶胶凝胶法,浸渍法等等。而在现有合成方法中,应用最多便数水热合成法,例如以以H40N41W12.XH2O为钨源,硫酸为酸化剂,通过水热法合成前驱体,经一定的热处理后制得单斜晶系WO3, 再将WO3与p型半导体物质CuCrO2复合后得到的WO3-CuCrO2复合催化剂用于光催化分解纯水产氢的实验。通 过对所得WO3样品的 X 射线衍射( XRD) 、扫描电子显微镜( SEM) 、紫外可见漫反射( UV-Vis-DR) 光谱分析及光催 化活性测试,分别考察了硫酸用量、硫酸铵等量替代硫酸及后期热处理过程对制得WO3的形貌、尺寸及光催化性能的影响。[9-10]

热蒸发法是目前用的较多的合成薄膜材料的方法之一。该方法的基本过程是:源材料在高温和低压强的环境下,产生原子雾,源物质被蒸发出来,并在内部输运气体的携带作用下漂移到下游的低温区。这其间被蒸发出来的原子雾与惰性气体原子间的相互碰撞而失去能量,凝聚形成团簇,温度不断降低使被蒸发物形成饱和蒸气,沉积在衬底上,并不断生长最终形成所需的纳米材料。

溅射法是指用高能粒子轰击固体表面(靶),使固体原子(或分子)从表面射出,并沉积到衬底或工件表面形成薄膜的方法,属于物理气相沉积的一种。溅射法又分为射频溅射、直流溅射、磁控溅射、中频溅射、反应溅射、偏压溅射、离子束溅射、脉冲溅射和脉冲激光溅射等。[11-12]其中磁控溅射技术因具有沉积速度较高、工作气体压力较低等优越性,成为应用最广泛的一种溅射沉积法。

溶胶-凝胶法的原理是将配制好的前驱物(如无机盐或金属醇盐)溶于小分子溶剂中,通过搅拌等方式制得均匀的溶液,溶质与溶剂发生水解反应,水解产物经缩聚反应集成纳米级颗粒并形成溶胶。在制得溶胶的基础上,可以采取不同的工艺制备不同性能的纳米薄膜、超细粉末等。应用溶胶-凝胶法制备WO3薄膜有以下几种途径:1.钨粉过氧化聚钨酸法;2.钨酸盐酸化法3.聚合物法4.钨酸盐胶体溶液通过离子交换制备。刘明志等采用溶胶-凝胶法以钨粉过氧化聚钨酸的有机溶液为先驱物制备了气致变色性能WO3薄膜;Chemseddine等用钨酸钠经离子交换而得到钨酸胶体,并使用旋涂法获得0.5mu;m厚度的WO3膜,具有良好的电化学性能。 [13]

在以上合成方法中:

热蒸发法制备的薄膜分散性好,纯度高,通过改变压力、温度等条件可控制颗粒尺寸,但由于高真空条件和温度的要求,且设备昂贵,不适宜大面积薄膜的制备。

溅射法是一种使用较广的制备薄膜的方法,具有成膜速度快、纯度高的优点,但设备复杂,成本较高。

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