探究氮掺杂对三氧化钨结构的影响

掺杂是改善光催化材料光能转化效率的重要手段。大量研究表明稀土等金属离子掺杂可显著提高光催化剂的催化活性，然而金属掺杂可能导致催化剂热稳定性降低且引入光生电子和空穴的复合中心从而降低其光转化效率。某些非金属掺杂可能提高半导体材料的稳定性、导电性，并通过在导电和假带之间形成“中间能级”而提高材料对可见光的吸收效率。

大量研究表明，N掺杂可显著提高TiO₂、ZrO₂、Ta₂O₅等半导体材料对可见光的吸收效率，同属n型半导体，通过N掺杂同样可提高WO_3-x的可见光吸收效率。

采用溶胶凝胶-氨氧气氛煅烧的方法，制备了氮（N）掺杂三氧化钨光催化剂(WO_(3-x):N)，采用SEM、XRD、XPS和DRS对样品结构性质进行了表征和分析，通过对比实验考察了氮掺杂对三氧化钨光解水产氧催化活性的影响。研究结果表明，在NH_3/O_2混合气氛中500℃下烧结3h进行N掺杂后，N进入三氧化钨晶格，但未改变 WO_(3-x)晶型和形貌，WO_(3-x):N仍保持单斜晶体结构，但样品中出现了少量未知新相并导致粒度变细和晶格畸变增加，同时掺杂导致粉体表面 W~(4+)含量和氧空位增加。一定的晶格缺陷和氧空位有利于催化剂响应波长红移，光吸收性能增强。N在紫外光照射下12h平均析氧速率达到66.8μmol/(L·g·h)，为纯WO_(3-x)的1.41倍，而其在可见光辐射下光解水速率也比不掺杂样品提高了24.5%。