探究氮摻雜對三氧化鎢結構的影響

摻雜是改善光催化材料光能轉化效率的重要手段。大量研究表明稀土等金屬離子摻雜可顯著提高光催化劑的催化活性，然而金屬摻雜可能導致催化劑熱穩定性降低且引入光生電子和空穴的複合中心從而降低其光轉化效率。某些非金屬摻雜可能提高半導體材料的穩定性、導電性，並通過在導電和假帶之間形成“中間能級”而提高材料對可見光的吸收效率。

大量研究表明，N摻雜可顯著提高TiO₂、ZrO₂、Ta₂O₅等半導體材料對可見光的吸收效率，同屬n型半導體，通過N摻雜同樣可提高WO_3-x的可見光吸收效率。

採用溶膠凝膠-氨氧氣氛煆燒的方法，製備了氮（N）摻雜三氧化鎢光催化劑(WO_(3-x):N)，採用SEM、XRD、XPS和DRS對樣品結構性質進行了表徵和分析，通過對比實驗考察了氮摻雜對三氧化鎢光解水產氧催化活性的影響。研究結果表明，在NH_3/O_2混合氣氛中500℃下燒結3h進行N摻雜後，N進入三氧化鎢晶格，但未改變 WO_(3-x)晶型和形貌，WO_(3-x):N仍保持單斜晶體結構，但樣品中出現了少量未知新相並導致粒度變細和晶格畸變增加，同時摻雜導致粉體表面 W~(4+)含量和氧空位增加。一定的晶格缺陷和氧空位有利於催化劑回應波長紅移，光吸收性能增強。N在紫外光照射下12h平均析氧速率達到66.8μmol/(L·g·h)，為純WO_(3-x)的1.41倍，而其在可見光輻射下光解水速率也比不摻雜樣品提高了24.5%。