探究碳摻雜三氧化鎢

眾所周知，三氧化鎢(WO₃)在生活中不可缺少，它作為一種重要的功能材料，在氣體探測、光催化等領域有著廣泛的應用前景，三氧化鎢特殊的結構與形貌決定其優異的性能依。通過範本法以醫用脫脂棉為範本製備准一維結構的碳摻雜WO₃納米纖維(C-dopedWO₃)，用以提高材料的氣敏性能和光催化性能。

利用XRD、TEM、SEM、HRTEM、XPS、Raman spectra等研究手段對樣品進行表徵分析，對碳摻雜三氧化鎢的性能進行系統地研究，發現該材料對丙酮具有選擇性及穩定性，並以亞甲基藍為模型污染物考察了該材料的光催化活性。

探究結果如下：
(1)碳摻雜WO₃在範本法製備下為單斜相，分析SEM、TEM、HRTEM等測試手段的結果顯示：由直徑20-40nm的超細納米晶粒組成的WO₃-500纖維直徑大約是5-10μm，其中含有大量的微孔和中空結構。晶粒尺寸的增大建立在煆燒溫度的升高。樣品的XPS C1s譜中282.2eV的W-C鍵的峰、拉曼光譜出現有序碳的G峰等結果表明碳原子摻雜入WO₃的晶格。
(2)測試不同氣體（例如丙酮、甲醇、乙醇、氨氣等）的氣敏度通過不同工作條件下，由此可以發現碳摻雜WO₃對丙酮氣體表現出了很高的選擇性和靈敏度。在300℃最佳工作溫度下材料的最低檢測濃度可以達到0.1ppm，材料最佳煆燒溫度確定為500℃，其中WO₃-500樣品對5ppm丙酮氣體的靈敏度達到了7.9；在相對濕度95%條件下，對5ppm的丙酮電阻靈敏度仍有5.72。通過重複氣敏測試發現其具有長期穩定性，H2S等有毒氣體不會導致氣敏材料失活。
(3)與純WO₃對比，WO₃-500對亞甲基藍的降解催化活性明顯提升。其中在可見光照射條件下，WO₃-500和H₂O₂構造的類芬頓體系，在120min內對亞甲基藍的降解率達到97.1%。WO₃-500和H₂O₂的協同作用是提升亞甲基藍降解速率和降解率的主要原因。碳摻雜WO₃催化劑有很好的穩定性並易於從降解體系中分離，催化劑的重複利用仍然表現出很高的催化活性。

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