WOx/TiO2 光催化劑的可見光催化活性機(jī)理研究

任小賽(咸陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西咸陽712000)

0 引言

光催化劑，最早出現(xiàn)于上世紀(jì)70年代，它主要是借助光催化轉(zhuǎn)換的規(guī)律，人工創(chuàng)造出來的納米技術(shù)形態(tài)。隨著我國化學(xué)、生物研究的深入性逐步加強(qiáng)，以WOx/TiO2光催化劑為代表的活性機(jī)理探究，逐步成為相關(guān)學(xué)者研究的主要形態(tài)，它也為當(dāng)代材料開發(fā)與研究提供了理論參考。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

本次實(shí)驗(yàn)期間所應(yīng)用到的材料包括WOx/TiO2光催化劑薄膜制備相關(guān)材料、催化劑檢驗(yàn)儀器、活性分子檢驗(yàn)儀器等。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

結(jié)合WOx/TiO2光催化劑的活性機(jī)理探究課題，將實(shí)驗(yàn)方法要點(diǎn)整合為：

(1)WOx/TiO2光催化劑薄膜制備。以普通玻璃片為基礎(chǔ)材料，在阻隔層SiO2的作用下，應(yīng)用凝膠將TiO2薄膜提拉出來；其次，實(shí)行熱處理操作。第一環(huán)節(jié)的熱處理采取磁控處理法操作1h，第二環(huán)節(jié)熱處理采取薄膜處理法加熱5～8h，處理操作結(jié)束后薄膜恒溫放置45～60m in 后，繼續(xù)后續(xù)步驟。

(2)對催化劑的表征情況進(jìn)行判斷。運(yùn)用專業(yè)儀器對物質(zhì)表層催化劑進(jìn)行判斷。實(shí)驗(yàn)中所采用催化劑真空分辨壓力為2×10-8Pa,玷污灰284.5eV，數(shù)據(jù)采集為1.0[1]。

(3)光催化活性驗(yàn)證。將2～4根4瓦的日光燈管并聯(lián)起來，并運(yùn)用8片玻璃將其分為2組，按照1～2組采用WOx/TiO2薄膜處理法，剩余部分采用單純TiO2處理法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。同時(shí)，每組光源之間的間隔距離控制在1～2cm 之間，構(gòu)建一個(gè)日光層隧道，并運(yùn)用不銹鋼通氣管進(jìn)行處理密封處理，先運(yùn)用氧氣對內(nèi)部空間清洗30min，然后打開所有光源，每間隔3h 進(jìn)行取樣，并運(yùn)用專業(yè)設(shè)備對樣品進(jìn)行檢測[2]。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

結(jié)合實(shí)驗(yàn)中相關(guān)環(huán)節(jié)的記錄內(nèi)容，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析要點(diǎn)整合如下：

(1)日光燈持續(xù)性照射后，WOx/TiO2薄膜對二甲苯的降解率出現(xiàn)明顯變化，本次實(shí)驗(yàn)共計(jì)檢測3次，分別為33.19%，49.33%，89.18%，而單純運(yùn)用TiO2對二甲苯進(jìn)行降解時(shí)，三次檢測結(jié)果分別為15.17%，20.19%，45.77%，兩組數(shù)據(jù)對比差異較大，說明WOx/TiO2薄膜對二甲苯的處理效果更好更可靠。

(2)催化劑組的光膜處理時(shí)，WOx/TiO2薄膜部分的量子計(jì)算分析結(jié)構(gòu)中，顆粒結(jié)構(gòu)之間的密度越小，后續(xù)顆粒之間的間隔密度越低；而單純的TiO2部分的量子薄膜顆粒結(jié)構(gòu)，在持續(xù)性二甲苯降解過程中并未發(fā)生較為直觀的變化。結(jié)果表明，光催化劑WOx/TiO2薄膜具有一定的調(diào)節(jié)作用，這種特征在二甲苯凈化、降解中的作用最為明顯。

(3)WOx/TiO2薄膜在持續(xù)性分子運(yùn)動狀態(tài)下，分子薄膜切線與光子能量曲線之間的變化規(guī)律呈現(xiàn)出了明顯的差異性。WOx/TiO2薄膜曲線的變化，是按照結(jié)構(gòu)曲線規(guī)律進(jìn)行周期改變，而單純的TiO2主要是通過單純分子無規(guī)律變化法進(jìn)行調(diào)節(jié)。也就是說，在WOx/TiO2薄膜的作用下，分子結(jié)構(gòu)內(nèi)部的各類量子條件都將隨著分子光感效果發(fā)生變化，這一規(guī)律也是WOx/TiO2薄膜操作過程中的機(jī)理特征。

(4)WOx/TiO2薄膜在持續(xù)性取樣處理期間，光波本身的反射能力也會在WOx/TiO2薄膜的作用下增強(qiáng)。一方面，WOx/TiO2薄膜與金屬鎢結(jié)合后，金屬活躍度將大大提升，則薄膜原有的二甲苯吸收能力也將在一定程度上得到提升；另一方面，WOx/TiO2薄膜與單純的TiO2結(jié)構(gòu)相比，其電子軌道峰位變化，而單純的曲線結(jié)構(gòu)為單層結(jié)構(gòu)曲線價(jià)值形態(tài)，相比來說，自然前者對二甲苯的調(diào)控能力更高。

3 實(shí)驗(yàn)討論

結(jié)合實(shí)驗(yàn)流程、結(jié)果，將WOx/TiO2光催化劑的可見光催化活性機(jī)理探討研究內(nèi)容整合如下：

3.1 光催化吸收機(jī)理

WOx/TiO2薄膜作為最常見的光催化劑形態(tài)，最基礎(chǔ)的開發(fā)原理是利用光催化吸收能力強(qiáng)的機(jī)理特點(diǎn)。其一，光催化劑WOx/TiO2薄膜中，實(shí)現(xiàn)了快速化的光吸收和感應(yīng)，它能夠依據(jù)主體物質(zhì)本身的光吸收情況，適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行催化能力調(diào)節(jié)，且WOx/TiO2薄膜的輔助時(shí)間越長，該種效果越明顯。實(shí)驗(yàn)中WOx/TiO2薄膜三次的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分別為33.19%，49.33%，89.18%，均證明了WOx/TiO2薄膜的這一優(yōu)勢。其二，無論是WOx/TiO2薄膜作的光輔助還是機(jī)理調(diào)節(jié)，資源應(yīng)用都有較好的催化活躍性作用。比如，實(shí)驗(yàn)期間運(yùn)用WOx/TiO2薄膜作進(jìn)行催化時(shí)，二甲苯的處理效果就比較高。

在利用WOx/TiO2薄膜光催化劑的過程中，有序?qū)嵭斜∧ひ匾蜃屿`活程度的綜合把握與控制，不僅起到了較好的光催化作用，還實(shí)現(xiàn)了光資源的綜合開發(fā)與科學(xué)化運(yùn)用。

3.2 催化密度調(diào)節(jié)機(jī)理

WOx/TiO2薄膜在分子結(jié)構(gòu)綜合調(diào)節(jié)與控制的環(huán)境下，實(shí)行催化劑資源的靈活性調(diào)節(jié)，其中最具代表性的，是催化劑光膜結(jié)構(gòu)處理時(shí)的分子結(jié)構(gòu)特征的運(yùn)用。

其一，WOx/TiO2薄膜處于光子可以依據(jù)顆粒結(jié)構(gòu)的大小，適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行催化劑分子活躍度的調(diào)節(jié)。比如，WOx/TiO2薄膜在二甲苯含量較高的狀態(tài)下，顆粒之間的密度比重較高；反之，WOx/TiO2薄膜的分子密度變化情況活躍程度就相對比較低。比如，WOx/TiO2薄膜在二甲苯分子凈化的期間，分子結(jié)構(gòu)之間的密度變化情況，清晰表明了WOx/TiO2光催化劑的這一特征。

其二，WOx/TiO2具有較強(qiáng)烈的分子薄膜調(diào)節(jié)能力，它可以借助分子結(jié)構(gòu)之間的變化情況，對空間內(nèi)的污染物質(zhì)進(jìn)行凈化調(diào)節(jié)。比如，WOx/TiO2薄膜在進(jìn)行二甲苯處理期間，就主要是通過分子局部區(qū)域空間因素調(diào)節(jié)法，對薄膜光子處理情況給予相應(yīng)判斷，這些都是對WOx/TiO2光催化劑作用綜合判斷的體現(xiàn)。

3.3 光子曲線變化機(jī)理

WOx/TiO2光催化劑的活性機(jī)理特征分析，也應(yīng)從光子曲線變化視角上進(jìn)行問題探究。

其一，WOx/TiO2薄膜在光子曲線變化的狀態(tài)下，內(nèi)部機(jī)理的活躍性變化情況，也可以通過光子曲線變化機(jī)理特征進(jìn)行相應(yīng)分析。比如，本次實(shí)驗(yàn)中WOx/TiO2薄膜曲線的變化機(jī)理中，單純TiO2與WOx/TiO2薄膜曲線分子之間的活躍性規(guī)律差異變化特征明顯。

其二，WOx/TiO2光催化劑本身的活躍性也與薄膜的分子運(yùn)行狀態(tài)之間有著密切的聯(lián)系，只要催化環(huán)境達(dá)到了與WOx/TiO2薄膜相互均衡的狀態(tài)，WOx/TiO2光催化劑的分子活躍性就會實(shí)現(xiàn)明顯性改變與提升。

其三，利用WOx/TiO2薄膜結(jié)構(gòu)原理，進(jìn)行二甲苯清除和降解的過程中，做好光子曲線變化機(jī)理的調(diào)節(jié)與把握，可通過局部光子曲線變化規(guī)律的方式，對活性機(jī)理催化劑情況進(jìn)行綜合管理與科學(xué)性判斷。

3.4 WOx/TiO2薄膜對金屬反應(yīng)機(jī)理把握

WOx/TiO2薄膜降解二甲苯的反應(yīng)機(jī)理，是最常見、也是金屬反應(yīng)機(jī)理效果最強(qiáng)的一種資源處理形式。

其一，WOx/TiO2薄膜可以依據(jù)金屬內(nèi)離子的活躍程度，對WOx/TiO2薄膜的催化作用進(jìn)行考量。如果WOx/TiO2薄膜對于二甲苯的吸收能力較高中，則后續(xù)應(yīng)用期間金屬物質(zhì)反應(yīng)的靈敏度也將大大提高。

其二，WOx/TiO2薄膜在光環(huán)境下，對金屬物質(zhì)內(nèi)部的離子分解速率也將出現(xiàn)較大的改變。

4 結(jié)語

綜上所述，WOx/TiO2光催化劑的可見光催化活性機(jī)理研究，是化工資源探索研究的理論歸納。在此基礎(chǔ)上，本文通過光催化吸收機(jī)理、催化密度調(diào)節(jié)機(jī)理、光子曲線變化機(jī)理、WOx/TiO2薄膜對金屬反應(yīng)機(jī)理把握，探究WOx/TiO2光催化劑的可見光催化效果。因此，本文研究結(jié)果將為化工資源綜合開發(fā)提供新思路。