摻鉭鎢青銅簡述
鎢青銅是一種非計量化合物,通式一般表示為MXWO3(其中0<X<1),由于X值可在一定范圍內(nèi)變動,組分之間無確定的化學計量比值,故稱為非化學計量化合物,其中M可以是鈣、鍶、鋇、稀土金屬、銅、銀等,也可用鈮、鉭、鈦等金屬取代其中的鎢而生成其他青銅,這類化合物具有特殊的物理化學性質(zhì),除了有鮮亮的金屬光澤外,還具有高電子電導率和快離子傳輸性質(zhì),是一種新型的電極材料,應用于鋰電池陰極材料、離子感應器和二次電池等。
摻鉭鎢青銅是選擇了過渡金屬鉭作為摻雜離子。采用水熱法,將鉭引入六方相氧化鎢八面體結(jié)構(gòu)中,獲得摻鉭鎢青銅(TaXWO3)。
稱取2gNa2WO4·2H2O于內(nèi)襯為聚四氟乙烯的反應釜中,加入二次蒸餾水,磁力攪拌使其溶解,再加入一定量3mol·L-1鹽酸溶液,控制整個反應體系PH小于1.5,攪拌半小時后,向上述溶液中加入一定體積0.05mol·L-1TaCl5溶液和35ML0.5mol·L-1NH4(SO4)2,繼續(xù)攪拌2h,將反應釜旋緊密閉后至于程序烘箱中在170℃下水熱處理48h。反應完成后,取出反應釜,冷卻至室溫。將反應產(chǎn)物分別用蒸餾水洗滌至中性,再置于-40℃冷凍干燥機中冷凍干燥。
(1)當Ta材料中Ta/W摩爾比為0.04時達到鉭摻雜氧化鎢的固溶限值。
(2)以低價態(tài)、大半徑的鉭離子摻雜進入氧化鎢的結(jié)構(gòu),對其晶胞參數(shù)產(chǎn)生影響,晶格發(fā)生畸變,材料表面氧空位比例增大,電子躍遷的能隙降低,材料的光催化性能明顯提高。
(3)該材料在酸性溶液中的催化性能具有良好的穩(wěn)定性。
摻鉭鎢青銅納米材料為六方相結(jié)構(gòu)氧化鎢,當摻鉭鎢青銅中Ta/W摩爾比小于0.04時,晶胞參數(shù)隨著摻雜量的增大而逐漸增大,當摻雜量達到大于0.04后保持基本不變。隨著鉭摻雜量的增大,紫外吸收峰發(fā)生紅移,即能隙逐漸減小。
鎢青銅的光催化性能與晶體的結(jié)晶度、粒徑、比表面積及禁帶寬度有關,以低價態(tài)大半徑的鉭離子摻雜進入氧化鎢結(jié)構(gòu),導致樣品的晶格發(fā)生一定的畸變,同時,為了補償晶格畸變產(chǎn)生的應力,晶格表面的氧原子容易逃離晶格而起到空穴捕獲作用。這樣,鎢青銅的光催化性能得到明顯提高。
氧化鎢是一個被廣泛研究的過渡金屬氧化物,因為它具有獨特的性質(zhì)可望在電變色器件、傳感器、分離材料等方面得到應用,被人們廣泛關注。近年來,納米粒子的制備已取得重大的進步,目前,研究的重點已轉(zhuǎn)移到各向異性納米粒子的研究上,因為各向異性納米粒子可以根據(jù)需要而進行排列和功能化,特別是一維過渡金屬氧化物納米材料具有特殊的光學、磁學和電子學特性,越來越受到人們的關注,而將過渡金屬離子引入材料骨架結(jié)構(gòu)中,改變材料的微觀結(jié)構(gòu)或表面屬性,使其性能更優(yōu)是目前對材料進行改性研究的熱點。鎢青銅氧化鎢中的W離子易變價態(tài),當將過渡金屬引入晶體結(jié)構(gòu)中,W的價態(tài)發(fā)生變化,在W6+,W5+和W4+的相互轉(zhuǎn)換過程中,會出現(xiàn)晶格內(nèi)形成不穩(wěn)定的氧空位,材料表面產(chǎn)生缺陷等現(xiàn)象,將導致氧化鎢表現(xiàn)出特異的物理化學性質(zhì),必將有重要的用途。
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