探究碳掺杂三氧化钨

众所周知，三氧化钨WO₃)在生活中不可缺少，它作为一种重要的功能材料，在气体探测、光催化等领域有着广泛的应用前景，三氧化钨特殊的结构与形貌决定其优异的性能依。通过模板法以医用脱脂棉为模板制备准一维结构的碳掺杂WO₃纳米纤维(C-dopedWO₃)，用以提高材料的气敏性能和光催化性能。

利用XRD、TEM、SEM、HRTEM、XPS、Raman spectra等研究手段对样品进行表征分析，对碳掺杂三氧化钨的性能进行系统地研究，发现该材料对丙酮具有选择性及稳定性，并以亚甲基蓝为模型污染物考察了该材料的光催化活性。

探究结果如下：
(1)碳掺杂WO₃在模板法制备下为单斜相，分析SEM、TEM、HRTEM等测试手段的结果显示：由直径20-40nm的超细纳米晶粒组成的WO₃-500纤维直径大约是5-10μm，其中含有大量的微孔和中空结构。晶粒尺寸的增大建立在煅烧温度的升高。样品的XPS C1s谱中282.2eV的W-C键的峰、拉曼光谱出现有序碳的G峰等结果表明碳原子掺杂入WO₃的晶格。
(2)测试不同气体（例如丙酮、甲醇、乙醇、氨气等）的气敏度通过不同工作条件下，由此可以发现碳掺杂WO3对丙酮气体表现出了很高的选择性和灵敏度。在300℃最佳工作温度下材料的最低检测浓度可以达到0.1ppm，材料最佳煅烧温度确定为500℃，其中WO₃-500样品对5ppm丙酮气体的灵敏度达到了7.9；在相对湿度95%条件下，对5ppm的丙酮电阻灵敏度仍有5.72。通过重复气敏测试发现其具有长期稳定性，H₂S等有毒气体不会导致气敏材料失活。
(3)与纯WO₃对比，WO₃500对亚甲基蓝的降解催化活性明显提升。其中在可见光照射条件下，WO₃-500和H₂O₂构造的类芬顿体系，在120min内对亚甲基蓝的降解率达到97.1%。WO₃-500和H₂O₂的协同作用是提升亚甲基蓝降解速率和降解率的主要原因。碳掺杂WO₃催化剂有很好的稳定性并易于从降解体系中分离，催化剂的重复利用仍然表现出很高的催化活性。

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