WO3/CdS等复合纳米膜的制备及光催化性能研究(2)
2 研究现状
2.1 半导体纳米材料光催化作用机理及影响因素
半导体材料的能带结构与金属不同，其有一个空能级在价带和导带之间，我们称之为禁带。能带结构的改变对半导体结构的光催化性能有着非常重要的影响。一般光催化过程是：在大于半导体材料禁带能量的光照下，价带上的电子被激发跃迁到导带上，使导带上产生空穴形成光生电子以及空穴对。光生电子和空穴可以在半导体内复合，其余的则迁移至半导体的表面参与光催化反应。因此为了使半导体纳米光催化剂具有良好的性能，一般需满足如下三个条件：1）合适的禁带宽度是半导体材料较容易被可见光激发；2）由于上述光催化过程是光生电子、空穴以及降解物之间发生的氧化还原反应过程，其中光生电子具有较强还原性，空穴具有较强氧化性。导带位置越高则光生电子还原性越强，同样，价带位置越低那么光生空穴的氧化性越强。因此选择具有高导带低价带的半导体纳米材料可以有效提高其光催化性。3）光催化降解污染物大多在催化剂的表面进行，因此比表面积越大可以使反应活性点越多，从而光催化的效率大大提高。
WO3作为带隙窄的半导体材料使得其有优越的吸收可见光的能力，但是导致其导带低价带高，使得光生电子空穴的氧化还原能力较低；带隙宽的半导体材料则光生电子空穴的氧化还原能力强而吸收可见光能力较弱。因此为了提高光催化能力,源^自#吹冰/文-论/文]网[www.chuibin.com，可以采用的方法有：将隙带宽与隙带窄的半导体材料复合，其能带结构的改变可以提高在可见光范围内的吸收能力；将贵金属复合在隙带宽的半导体材料上，其表面的等离子共振可以提高在可见光范围内的吸收能力[6]。
2.2 WO3纳米阵列的制备方法
2.2.1 水热法
水热法是指在密闭容器中，在一定温度（100℃~1000℃）和压强（1~100MPa）下于饱和溶液中进行的湿化学合成反应。采用水热法可以是溶解度较低的物质溶解并重结晶，并且粉末具有较高的结晶度。由于水热合成法较为简单有效，许多研究者用水热法制备各种形貌的氧化钨纳米材料，例如以钨酸钠作为原料，硫酸钾为辅助剂，通过水热法可合成 WO3纳米线[7]；将十六烷基三甲基溴化铵作为表面活性剂，盐酸作为调节剂，钨酸钠作为原料，通过水热法可合成WO3纳米片[8]等等。与其他方法相比水热法最大的优点在于不用高温煅烧就能获得高结晶度的粉体，并且得到的粉末较为均匀、团聚少、分散性好、纯度高，活性好。通过调节温度、压力、组氛、PH值等可以严格控制产物的形貌，加之所需设备简单、费用低，降低能耗的同时也简化了操作程序。刘珊珊[9]等人以Na2WO4• 2H2O和HCl为原料通过水热法合成WO3纳米材料，并研究了水热处理温度对产物的影响，结果表明随着水热处理温度由100℃至160℃的升高，其微晶的衍射峰强度越高，产品的结晶度越完整，形貌结构从片状变为球状。光催化性能随着温度的上升先增高后下降。同时六方相的WO3纳米结构比正交相具有更佳的光催化性能。
2.2.2溅射法
溅射法是用带电粒子轰击基片，离子加速轰击靶表面时使靶表面发生溅射，即发生原子碰撞将部分动量传给靶材原子，使其从靶表面逸出沉积在基底材料上。因此溅射是具有方向性的。磁控溅射方法是较为常用的溅射法之一，其具有工作压力低、沉积速率快、基片温升低以及制得的薄膜均匀性较好，各方面条件较容易控制等优点。然而磁控溅射的设备昂贵，成本较高。黄佳木[10]等人通过磁控溅射法在玻璃片上制备了WO3薄膜，通过表征以及光催化实验表明所制备的产物为非晶态，紫外光照三小时对亚甲基蓝的降解率为83％。
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