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摘 要

在本文中，通过脉冲激光沉积法，在WO₃纳米线表面沉积一层TiO₂纳米颗粒，制备了WO₃/TiO₂核壳纳米线。这些TiO₂纳米颗粒是在氧化钨纳米线表面排列的四线状的线状结构。在沉积过程中，激光脉冲的数量调整了TiO₂的厚度。当用作光催化剂时，这些核壳纳米线在罗丹明B（RhB）的降解过程中具有非常好的光催化活性。光诱导电子空穴在WO₃和TiO₂之间的分离效应有助于改善光催化活性。这使得这些纳米线阵列在废水处理方面具有良好的潜力

关键词：一维纳米材料，半导体材料，光催化剂

Abstract

In this thesis, tungsten oxide/TiO₂ core-shell nanowires were prepared by depositing a layer of TiO₂ nanoparticles on the surface of tungsten oxide nanowires via a pulse laser deposition method. These TiO2 nanoparticles are qusi-aligned wire-like structure on the surface of tungsten oxide nanowires. The number of laser pulses during the deposition adjusts the TiO₂ thickness. When used as photocatalyst, these core-shell nanowires have supper photocatalytic activity in the degradation of rhodamine B (RhB). The photo-induced electron-hole separation effect between WO₃ and TiO₂ contributes to the improvement of the photocatalystic activity. This makes these nanowire arrays having good potential in wastewater treatment.

Keyword:1-D nanomaterial，semiconductor ，photocatalyst

目 录

摘要 2

第一章 绪论 5

1.1引言 5

1.2 相关纳米结构光催化的调研 6

1.2.1 TiO₂-WO₃ 混合氧化物 6

1.2.2 Cpo/hrp-Tio 2纳米复合材料 7

1.3 TiO₂的结构和基本性质 8

1.3.1 晶体结构 8

1.3.2 能带结构 8

1.3.3 TiO₂的生产 8

1.3.4 光电催化性质 9

1.4 TiO₂纳米颗粒的应用 10

1.5 本文的研究背景和主要研究内容 11

第二章 实验涉及仪器及原理 13

2.1脉冲激光沉积（Pulsed Laser Deposition，PLD） 13

2.1.1 简介 13

2.1.2 工作机制 13

2.2 X射线衍射（XRD） 14

2.3扫描电子显微镜（SEM） 15

2.3.1 简介 15

2.3.2 原理结构 15

2.4透射电子显微镜（TEM） 16

2.4.1 简介 16

第三章 一种有效的分层核壳WO₃/TiO₂纳米线光催化剂 17

3.1介绍 17

3.2实验部分 17

3.3结果与讨论 18

3.4结论 21

致 谢 22

参考文献 23

第一章 绪论

1.1引言

纳米科学与技术是从20世纪末发展起来的一门学科，是在纳米尺度范围内研究材料的各种性质的一门科学。由于纳米材料所具有的量子尺寸效应、表面效应、小尺寸效应等特性，致使纳米材料在力、热、光、电、磁等物理性质上表现出与宏观块体材料不同的特性，因此其研究方法和手段也相应的要做出改变。

一维纳米材料的含义是指在物质材料在各个维度方向上都是纳米尺度范围，具体指的是0.1纳米至100 纳米之内的材料。一维纳米材料按照形状的不同可以分为以下几个种类：纳米棒（一般是指长度和直径的比小于10 的细棒状结构）；纳米管（通常是比较细长而又具有空心结构）；纳米纤维（一般长度和直径的比大于10）；纳米带（长度和宽度的比大于10，并且宽度和厚度的比要大于3）；同轴纳米线以及纳米电缆。从基础研究的角度看，一维纳米材料是理想中的研究各种物理性质，包括电学、光学等等方向与材料本身的尺寸、维度之间关系的科学；以应用的角度看，一维纳米材料有着重要的意义，它在特定的范围，特定的形貌中构建纳米电子器件或着光学器件方面。

而TiO₂作为一种传统的催化剂，有两个反应是同时发生的：（a）在价带上光生空穴的氧化反应和（b）在导带上光生电子的还原反应。TiO₂的一个很大的优势是它可以同时允许质子的还原(ENHE (H /H₂) = 0.0 e V) 和水的氧化(ENHE (O₂/H₂O)=1.23eV)。更具体的说，吸附在 TiO2催化剂表面供体物种的氧化还原电势(E(O₂/H₂O) = 1.23 V)比 TiO₂价带电势( 2.5 V/ENH ，pH=7)更负，而受体分子的氧化还原电势(E(O₂/O₂°)=−0.33V)比 TiO₂导带的电势(−0.52 V/ENH，pH7)更正。二氧化钛由于其具有化学惰性、良好的生物兼容性、较强的氧化能力以及抗化学腐蚀和光腐蚀的能力,且价格低廉,在能量转换、废水处理、环境净化、传感器、涂料、化妆品、催化剂、填充剂等诸多领域引起了人们极大的关注。

1.2 相关纳米结构光催化的调研

1.2.1 TiO₂-WO₃ 混合氧化物

有课题组系统地研究了TiO₂/WO₃混合氧化物中不同量的WO₃改性TiO₂对光诱导的影响。这项研究遵循先前对两种金属的醇盐溶液开始通过溶胶 - 凝胶合成制备的相同混合氧化物的研究，如果这些混合氧化物光催化剂的优异性能应归因于存在这两种氧化物的独特区域，或者仅仅是TiO₂的W-掺杂的结果。由于这个原因，在目前的工作中，光催化材料从纯二氧化钛开始制备，然后用不同量的WO₃进行表面改性。如此获得的混合氧化物光催化剂在氧化和还原光催化反应中进行测试，即在甲酸（FA）矿化和Cr（VI）还原中进行测试。两个反应均发生在pH3.7的含水悬浮液中，从带负电的底物开始，使得TiO₂/WO₃光催化剂的光活性之间的比较更容易，避免了与不同pH条件有关的任何影响。

事实上，水性悬浮液的pH可能强烈影响暴露在光催化剂表面上的OH基团的充电过程，其可以作为光催化转化物质的特定吸附位点。实际上，这里选择的测试化合物（即甲酸盐和重铬酸盐阴离子）都带负电荷，因此它们在相同的pH范围内对所研究的光催化剂表面具有相似的亲和力。

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