新型光催化剂钨酸锌的制备及性能改性研究进展

来源期刊：材料导报2019年第9期

论文作者：侯珊 刘向春

文章页码：1541 - 1549

关键词：钨酸锌;半导体;光催化;纳米材料;掺杂改性;

摘    要：当今世界,全球能源危机和环境污染问题日趋紧迫,严重危害人类健康并制约着人类社会发展。为了人类可持续发展,迫切需要开发和应用清洁无污染的新能源来解决环境问题。近年来,光催化氧化技术因其室温深度反应以及可直接利用太阳能作为光源来驱动反应等特点,成为一种高效、理想的环境污染治理技术,引起了各国研究者的密切关注,开发和应用高效的光催化剂已成为环境领域的研究热点。过去几十年,二氧化钛（TiO₂）因无毒、廉价易得、稳定性好等特点,成为研究最广的半导体光催化剂。然而,较窄的光频率响应范围、低的太阳能利用率等缺点限制了其实用化进程。为此,研究人员采用各种不同的制备方法,研究开发了大量具有不同结构的非TiO₂基光催化材料,包括简单氧化物、复合金属氧化物、钙钛矿型复合氧化物等。其中,钨酸锌（ZnWO₄）是一种具有宽禁带、高激发能、高紫外光响应、高催化活性等独特物理化学特性的重要新型非TiO₂基半导体光催化剂,被认为是最有潜力的金属钨酸盐光催化剂之一,其纳米粉体的制备合成及性能研究可为可见光催化降解有机污染物开辟一条新的路径,具有极其重要的研究价值,也是近些年来新型光催化剂研究的焦点。ZnWO₄半导体光催化剂的晶体形貌、尺寸、组成、掺杂物等对其光催化活性具有重要影响。目前,研究者们已通过固相反应法、水热法、溶剂热法、溶胶-凝胶法、化学沉淀法、微乳液法、模板法等不同的制备方法合成了具有不同形貌、尺寸和结晶度的ZnWO₄纳米光催化剂,探讨了制备工艺、晶体特性（形貌、尺寸、组成、结晶程度等）、光催化性能之间的关系。但这些方法合成的ZnWO₄光响应区域仍然较窄,只能吸收太阳光谱中具有较高能量的紫外光,其光量子产率仍然较低。为了进一步提高ZnWO₄的光响应范围,科学家们采用掺杂改性和材料复合等多种活性改进方法来提高其光电转换效率、拓宽光波吸收范围,使其具有良好的可见光响应,优化了其光催化性能。因此,加深制备工艺和性能改性方法对ZnWO₄晶体形貌、尺寸、组成等特性影响以及这些特性对光催化活性影响的理解,对进一步推进钨酸盐光催化材料的研究和应用具有重要的科学意义和实用价值。基于此,本文在分析ZnWO₄晶体结构特点的基础上,主要从制备方法、掺杂改性和材料复合这三个方面综述了近年来ZnWO₄光催化剂的研究进展,探讨了其结构、形貌、性能之间的相互关系,并进一步指出了ZnWO₄光催化剂的发展前景及提高其光催化性能的主要措施。