六方相/单斜相WO3“异相结”的可控合成及光催化性能

doi:10.3969/j.issn.1006-396X.2021.06.004

石油化工高等学校学报 ›› 2021, Vol. 34 ›› Issue (6): 22-26.DOI: 10.3969/j.issn.1006-396X.2021.06.004

六方相/单斜相WO₃“异相结”的可控合成及光催化性能

刘纪法(), 陈雪冰, 王芳芳, 张静(), 陈常东

辽宁石油化工大学石油化工学院，辽宁省清洁能源催化材料重点实验室/辽宁省先进清洁能源材料化学工程实验室，辽宁抚顺 113001

收稿日期:2020-05-21 修回日期:2021-10-12 出版日期:2021-12-25 发布日期:2021-12-29
通讯作者: 张静
作者简介:刘纪法(1993⁃)，男，硕士研究生，从事光催化剂的开发方面研究；E⁃mail：jfliu@dicp.ac.cn。
基金资助:
国家自然科学基金(21573101);辽宁省“兴辽英才计划”项目(XLYC1902065);辽宁省沈阳材料科学国家研究中心联合研发基金(20180510002);辽宁省教育厅科学技术研究项目(L2019015)

Controllable Synthesis and Photocatalytic Properties of Hexagonal/Monoclinic WO₃ Phase Junction

Jifa Liu(), Xuebing Chen, Fangfang Wang, Jing Zhang(), Changdong Chen

Liaoning Key Laboratory for Green Energy & Catalytic Materials （GECM），Liaoning Engineering Laboratory for Advanced Green Energy & Materials Chemistry （AGEMC），School of Petrochemical Enginneering，Liaoning Petrochemical University，Fushun Liaoning 113001，China

Received:2020-05-21 Revised:2021-10-12 Published:2021-12-25 Online:2021-12-29
Contact: Jing Zhang

摘要/Abstract

摘要：

利用沉淀法合成了球形六方相氧化钨(h?WO₃)，通过调控六方相向单斜相的相变，可控制备了六方/单斜WO₃(h/m?WO₃)“异相结”催化剂。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和比表面积(BET)等对WO₃催化剂的晶相结构及组成、粒子大小和比表面积进行了表征。光催化分解水产氧的实验结果表明，相较于纯六方相WO₃，具有合适晶相组成的h/m?WO₃展现了显著的光催化性能。结合六方相和单斜相的能带位置，表面光电压表征结果发现，h/m?WO₃“异相结”的形成显著促进了催化剂表面光生电子和空穴的高效分离，进而提高了催化剂的光催化活性。

关键词: 异相结, WO₃, 光催化, 光解水产氧

Abstract:

The spherical hexagonal phase tungsten oxide (h?WO₃) was synthesized by precipitation method. Then a series of hexagonal/monoclinic WO₃(h/m?WO₃) phase junction photocatalysts were controllable fabricated by regulating the phase transition process from hexagonal to monoclinic phase. The crystal phase structure and phase composition, particle size and specific surface area of these WO₃ catalysts were characterized by X?ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and specific surface area (BET). The experimental results of photocatalytic O₂ evolution show that compared with the pure hexagonal phase WO₃, the h/m?WO₃ with suitable crystal phase composition exhibits remarkable photocatalytic performance. Based on the band positions of hexagonal and monoclinic phases, the surface photovoltage (SPV) characterization results show that the formation of h/m?WO₃ phase junction significantly promotes the efficient separation of photogenerated electrons and holes on the surface of the catalyst, and then improves the photocatalytic activity of WO₃ catalyst.

Key words: Phase junction, WO₃, Photocatalysis, Photocatalytic O₂ evolution

中图分类号:

O643.3

刘纪法, 陈雪冰, 王芳芳, 张静, 陈常东. 六方相/单斜相WO₃“异相结”的可控合成及光催化性能[J]. 石油化工高等学校学报, 2021, 34(6): 22-26.

Jifa Liu, Xuebing Chen, Fangfang Wang, Jing Zhang, Changdong Chen. Controllable Synthesis and Photocatalytic Properties of Hexagonal/Monoclinic WO₃ Phase Junction[J]. Journal of Petrochemical Universities, 2021, 34(6): 22-26.

图/表 7

图1 WO3?0和WO3?t样品的XRD谱图

Fig.1 XRD patterns of WO3?0 and WO3?t samples

表1 WO3?0和WO3?t样品不同晶相质量分数 (%)

Table 1 Different phase contents of WO3?0 and WO3?t samples

催化剂	w（h⁃WO₃）	w（m⁃WO₃）	w（Na₂W₄O₁₃）
WO₃⁃0	100.0	0	0
WO₃⁃380	69.5	30.5	0
WO₃⁃400	39.7	60.3	0
WO₃⁃470	0	78.0	22.0

图2 WO3?0和WO3?t样品的SEM照片

Fig.2 SEM images of of WO3?0 and WO3?t samples

图3 WO3?0和WO3?t样品光催化分解水产氧的活性

Fig.3 Photocatalytic O2 evolution performance on WO3?0 and WO3?t samples

图4 WO3?0和WO3?t样品光催化分解水产氧的本征活性

Fig.4 Photocatalytic O2 evolution specific performance on WO3?0 and WO3?t samples

图5 WO3?0和WO3?t样品的SPV

Fig.5 SPV curves of WO3?0 and WO3?t samples

图6 h/m?WO3“异相结”结构中可能的光催化机理

Fig.6 Possible photocatalytic mechanism in h/m?WO3 phase junction structure

参考文献 19

1	Twilton J， Zhang P， Shaw M H， et al. The merger of transition metal and photocatalysis［J］. Nature Reviews Chemistry， 2017， 1 （7）： 1⁃19.
2	Byrne C， Subramanian G， Pillai S C， et al. Recent advances in photocatalysis for environmental applications［J］. Journal of Environmental Chemical Engineering， 2018， 6（3）： 3531⁃3555.
3	Li Q H， Wang L M， Chu D Q， et al. Cylindrical stacks and flower⁃like tungsten oxide microstructures： Controllable synthesis and photocatalytic properties［J］. Ceramics International， 2014， 40（3）： 4969⁃4973.
4	Zhu W， Sun F， Goei R， et al. Facile fabrication of RGO⁃WO₃ composites for effective visible light photocatalytic degradation of sulfamethoxazole［J］. Applied Catalysis B： Environmental， 2017， 207： 93⁃102.
5	Nayak A K， Sohn Y， Pradhan D， et al. Facile green synthesis of WO₃·H₂O nanoplates and WO₃ nanowires with enhanced photoelectrochemical performance［J］. Crystal Growth & Design， 2017， 17（9）： 4949⁃4957.
6	Zhang J， Ma Y， Du Y， et al. Carbon nanodots/WO₃ nanorods Z⁃scheme composites： Remarkably enhanced photocatalytic performance under broad spectrum［J］. Applied Catalysis B： Environmental， 2017， 209： 253⁃264.
7	Lu Y， Liu G， Zhang J， et al. Fabrication of a monoclinic/hexagonal junction in WO₃ and its enhanced photocatalytic degradation of rhodamine B［J］. Chinese Journal of Catalysis， 2016， 37（3）： 349⁃358.
8	Wang Y， Cui W， Yu J， et al. One⁃step growth of amorphous/crystalline Ga₂O₃ phase junctions for high⁃performance solar⁃blind photodetection［J］. ACS Applied Materials & Interfaces， 2019， 11（49）： 45922⁃45929.
9	王鑫，张静. CdS异相结的固相法制备及其光催化性能［J］. 辽宁石油化工大学学报， 2019， 39（3）： 30⁃34.
	Wang X， Zhang J. Preparation of CdS phase junction by solid phase method and photocatalytic performance［J］. Journal of Liaoning Shihua University， 2019， 39（3）： 30⁃34.
10	Lim G D， Yoo J H， Ji M， et al. Visible light driven photocatalytic degradation enhanced by α/β phase heterojunctions on electrospun Bi₂O₃ nanofibers［J］. Journal of Alloys and Compounds， 2019， 806： 1060⁃1067.
11	Kang M L， Liang J M， Wang F F， et al. Structural design of hexagonal/monoclinic WO₃ phase junction for photocatalytic degradation［J］. Materials Research Bulletin， 2020， 121： 110614⁃110621.
12	Xin G， Guo W， Ma T. Effect of anneraling temperature on the photocatalytic activity of WO₃ for O₂ evolution［J］. Applied Surface Science， 2009， 256（1）： 165⁃169.
13	Sadakane M， Sasaki K， Kunioku H， et al. Preparation of 3⁃D ordered macroporous tungsten oxides and nano⁃crystalline particulate tungsten oxides using a colloidal crystal template method， and their structural characterization and application as photocatalysts under visible light irradiation［J］. Journal of Material Chemistry， 2010， 20（9）： 1811⁃1818.
14	Lu Y， Zhang J， Wang F F， et al. K₂SO₄⁃assisted hexagonal/monoclinic WO₃ phase junction for efficient photocatalytic degradation of RhB［J］. ACS Applied Energy Materials， 2018， 1（5）： 2067⁃2077.
15	Hernandez⁃Uresti D B， Sánchez⁃Martínez D， Cruz A M， et al. Characterization and photocatalytic properties of hexagonal and monoclinic WO₃ prepared via microwave⁃assisted hydrothermal synthesis［J］. Ceramics International， 2014， 40（3）： 4767⁃4775.
16	Wang J X， Ni Y G D S， Lu C H， et al. A new method of fabrication of TiC by employing pyrolytic carbon black and titanium［J］. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials， 2014， 45： 137⁃140.
17	高文龙，陈雪冰，张静. 二维纳米片金红石TiO₂的可控合成及光催化性能［J］. 石油化工高等学校学报， 2019， 32（6）： 22⁃26.
	Gao W L， Chen X B， Zhang J. Controllable synthesis and photocatalytic properties of 2D nanosheets rutile TiO₂［J］. Journal of Petrochemical Universities， 2019， 32（6）： 22⁃26.
18	Aslam I， Cao C， Tanveer M， et al. The synergistic effect between WO₃ and g⁃C₃N₄ towards efficient visible⁃light⁃driven photocatalytic performance［J］. New Journal of Chemistry， 2014， 38（11）： 5462⁃5469.
19	Chen S F， Ji L， Tang W M， et al. Fabrication， characterization and mechanism of a novel Z⁃scheme photocatalyst NaNbO₃/WO₃ with enhanced photocatalytic activity［J］. Dalton Transactions， 2013， 42（30）： 10759⁃10768.

[1]	王嘉曼, 熊靖, 师金鸽, 韦岳长, 霍开玲. TiO₂催化剂催化CO₂还原的研究进展[J]. 石油化工高等学校学报, 2024, 37(4): 1-11.
[2]	杨文科, 卢连雪, 李鹏, 张健, 胡绍争. 光催化材料石墨相氮化碳的合成、改性及应用[J]. 石油化工高等学校学报, 2024, 37(1): 43-51.
[3]	宁尧, 刘满, 刘素燕. 多孔碳BVO/Zn@ZPC的制备及其光降解性能[J]. 石油化工高等学校学报, 2023, 36(6): 36-47.
[4]	陈基鹏, 杨阳佳子, 李鹏, 张健, 胡绍争. 石墨相氮化碳的制备、改性及应用[J]. 石油化工高等学校学报, 2023, 36(5): 45-51.
[5]	张若男, 何仕婕, 王晓蓉, 王芳芳, 陈常东. BaTiO₃⁃TiO₂复合体的软化学制备及其性能研究[J]. 石油化工高等学校学报, 2022, 35(4): 46-51.
[6]	赵东启, 顾贵洲, 李政. 水滑石类光催化剂在污水处理中的应用[J]. 石油化工高等学校学报, 2022, 35(3): 36-42.
[7]	陈佳慧, 黎泓麟, 杨紫坤, 罗鸿仙, 张金生, 李丽华. GO改性的铈基纳米复合光催化剂性能对比研究[J]. 石油化工高等学校学报, 2022, 35(1): 63-67.
[8]	齐永娟, 宫晓杰, 张丹, 吴限, 李丽华. 单模聚焦微波法制备MIL⁃53(Fe)及其光催化性能研究[J]. 石油化工高等学校学报, 2021, 34(5): 24-29.
[9]	周月娥, 陈雪冰, 张静. 内建电场调控光生电荷分离效率的研究进展[J]. 石油化工高等学校学报, 2021, 34(3): 1-6.
[10]	崔美玉，李飞. 可见光催化的烯烃胺化反应的研究进展[J]. 石油化工高等学校学报, 2021, 34(3): 31-37.
[11]	李鹏, 吕振波, 于芳. 可见光催化环丁醇的C-C断裂胺化反应的研究[J]. 石油化工高等学校学报, 2020, 33(4): 1-5.
[12]	商宇桐，杨丽娜，管景国，李剑. 光催化氧化脱硫催化剂研究进展[J]. 石油化工高等学校学报, 2020, 33(2): 12-17.
[13]	高文龙，陈雪冰，张静. 二维纳米片金红石TiO₂的可控合成及光催化性能[J]. 石油化工高等学校学报, 2019, 32(6): 22-26.
[14]	梁红玉,李建中,田彦文,邹赫,胡绍争. 不同g-C₃N₄/WO₃异质结材料的制备及其光催化性能研究[J]. 石油化工高等学校学报, 2018, 31(01): 23-29.
[15]	李帅,张静. pH 对Bi₂O₃ 相变过程及光催化性能的影响[J]. 石油化工高等学校学报, 2017, 30(6): 6-11.

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Controllable Synthesis and Photocatalytic Properties of Hexagonal/Monoclinic WO₃ Phase Junction

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