令人疯狂的三氧化钨光触媒电视机背景墙

电视背景墙是从公共建筑装修中引入的一个概念,主要是指客厅、卧室里面能反映装修风格的一面主墙,一般电视摆放的位置也是这个屋子里面的视觉中心,最具特色的一个地方,是进门后的视觉焦点,起到弥补家居空间电视区背景墙的空旷,同时修饰电视区背景墙的作用。

三氧化钨和电视机背景墙
 
然而,随着人们对生活环境品质要求的提高,电视背景墙不仅仅起到装饰作用,更是通过改变所使用的材质来,赋予了它更具有实际作用的功能。近几年,雾霾在中国横行霸道,严重危害人体健康,人们几乎是谈“霾“色变。在这样的背景下,很多空气净化产品如雨后春笋般疯长起来。光催化技术是净化空气的一项非常有效的途径,其主要是在光触媒存在的前提下,通过光照对空气中的污染物进行分解,起到净化空气的作用。
 
三氧化钨由于具有很强的氧化能力,其禁带宽度很小,能充分利用可见光,是一种很好的光触媒。当三氧化钨光触媒在阳光或其它可见光照射下,电子被激发到导带上,使得导带上带有负电荷,而价带上由于电子被激发出来而产生带正电荷的空穴,这样,就形成了一个氧化-还原体系,起到分解污染物质的效果。并且,三氧化钨作为光触媒使用具有无毒害性,污染小等优势。试想,一面会净化空气的墙壁,让你免受甲醛、雾霾等的危害,这不是一件很疯狂的事情吗?
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一种具有高红外屏蔽性能的掺杂钨青铜粉体合成(2/2)

一种具有高红外屏蔽性能的掺杂钨青铜粉体,其特征在于:所述掺杂钨青铜粉体为钠钨青铜粉体或者钾钨青铜粉体。
 
一种具有高红外屏蔽性能的掺杂钨青铜粉体的合成方法,包括有水热反应和氢还原反应两步;其特征在于: 第一步,水热反应。制备混合溶液; 称取一定量钨酸盐、硫酸盐和钼酸盐,溶于去离子水中,得到混合溶液;用量:混合溶液中钨酸盐浓度为0.05mol/L〜0.2mol/L,硫酸盐浓度为0.05mol/L〜0.5mol/L。按0.005〜0.05的钼/钨摩尔比加入钼酸盐;制备含钼的钨酸盐化合物; 先用1vol.%的稀硫酸调节混合溶液的pH值至1.4〜1.7后,倒入拥有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应器中;然后,将反应釜放入电热干燥箱中,以2〜5°C /min的速率加热至反应温度200°C〜240°C,反应釜釜内温度为200°C〜240°C、压力为1〜5MPa条件下,反应20h〜40h后,待反应釜冷却后,取出沉淀物; 然后用去离子水和乙醇依次清洗沉淀物,并在50°C〜80°C下干燥1h〜24h,得到含钼的钨酸盐化合物。 第二步,氢气还原反应制钼掺杂的钨青铜粉体。将含钼的化合物放入管式炉中,以2〜5°C /min的升温速率加热至反应温度450°C〜550°C;加热过程中需持续通入氮气; 当达到反应温度450°C〜550°C时,持续通入氢气,在H2/N2的气氛条件下进行充分还原0.5h〜2h,反应结束,此时仍需通入氮气,防止产物氧化;待炉内温度冷却至室温后,取出产物,得到钼掺杂的钨青铜粉体。
 
在此方法的氢还原过程中,为了使还原反应充分,钨的化合价与反应温度密切相关,须严格控制反应温度,以确保产物为混合价态的钨青铜,结构符合其分子式MxWO3, 0<x<1。此方法制备得到的棒状掺杂钨青铜粉体,制备工艺简单,产品形状规则、尺寸均一,具有良好的红外屏蔽性能。掺杂前后,红外屏蔽性能提升较为明显。

具有高红外屏蔽性能的材料
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钨合金农业用屏蔽件

钨合金农业用屏蔽件随着辐射技术的发展,其被广泛应用于各个领域。在医疗上,其被用于判断身体组织器官的异常变化、癌症治疗;在工业上,其被用于工业生产在线的自动质量控制、铸件的焊接点和裂缝探测;在食品安全方面,其被用于食品保鲜、食品灭菌;在农业上,其则主要用于辐射育种、同位素示踪和辐射杀虫。其中,辐射育种是利用电离辐射处理农作物以诱发突变,从中选出优良变异个体进行培育,从而获得新品种;同位素示踪是利用放射性同位素的放射性,将其引入动植物体内,再通过辐射探测仪跟踪机体对同位素的吸收、转移和积累的情况,以对动植物的某些情况进行研究;而辐射杀虫是利用辐射源照射害虫,使得害虫体内产生显性致死突变从而产生不育且有交配竞争能力的害虫。而后将大量不育雄性虫种投放到野外种群中去,使得野外害虫所产的卵不能孵化,或即使能被孵化也会因胚胎发育不良而导致死亡,最终达到彻底根除该种害虫的目的。

由于钨合金屏蔽件的优良辐射屏蔽性能,其被广泛应用于农业领域。辐射对人体具有危害,其会加速细胞衰亡,造成细胞畸形或抑制新细胞的生成,或造成人体内生化反应的改变。长期受辐射照射,还会导致人体器官和系统严重损伤,以及白血病、肿瘤、生殖系统疾病、再生障碍性贫血等疾病的产生。因此,在农业中应用辐射技术时,应注意使用钨合金屏蔽件对辐射进行吸收和屏蔽。科学家发现,金属材料的辐射屏蔽性能随着其密度的增加而增高,密度越高则射线吸收能力和射线屏蔽能力越好。由于相比于其它传统材料(如铅),钨合金的密度更高,因而钨合金屏蔽件的辐射屏蔽性能更好。且钨合金屏蔽件无毒无害,是极其环保友好的屏蔽材料。

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一种具有高红外屏蔽性能的掺杂钨青铜粉体合成(1/2)

钨青铜是一类典型的非化学计量化合物,其化学式可以写为MxWO3, M通常是碱金属,X值介于0至1之间。钨青铜一般具有金属光泽和特殊的颜色。M的品种和X数值的变化,可使它具有导体或半导体性质。近年来,这种具有混合价态钨离子的化合物,作为一种新的红外屏蔽材料,引起了一些研宄者的关注。
 
针对钨青铜的红外屏蔽性能,现阶段大部分研宄的对象主要是分子式为凡胃03的单一体系的钨青铜。随着研宄的深入,各种复杂体系的钨青铜可能将逐渐成为重点。复杂的体系可以通过掺杂的方法,或者制备孔道中含有多种M阳离子的复合钨青铜来构建。相比单一体系的钨青铜,复杂的体系会带来晶体结构的变化,有可能产生更多的晶体缺陷。缺陷一方面会破坏颗粒表面的连续性,使表面等离子体的局域化增强,而表面等离子体共振是钨青铜产生红外吸收的原因之一。另一方面,还可能从内部改变钨青铜孔道的尺寸和结构,引起诸如切变一类的晶格畸变现象。孔道结构的变化则可能引入更多的M阳离子,进而提高自由载流子浓度,而自由载流子浓度会影响钨青铜的红外屏蔽性能。
 
水热反应过程是指在一定的温度和压力下,在水、水溶液或蒸汽等流体中所进行有关化学反应的总称。水热反应依据反应类型的不同可分为水热氧化、水热还原、水热沉淀、水热合成、水热水解、水热结晶等。氢还原法,在高温下用氢将金属氧化物还原以制取金属的方法。与其他方法(如碳还原法、锌还原法等)相比,产品性质较易控制,纯度也较高。
 
采用水热-热还原法制备具有高红外屏蔽性能的掺杂钨青铜粉体的合成方法,所要解决的是如何提高分子式为MxWO3单相钨青铜的红外屏蔽性能的技术问题,该方法先通过水热法合成含钼的钨酸盐化合物,然后通过氢还原法得到直径为10nm~200nm的钼掺杂的钨青铜粉体。原料为钨酸盐、硫酸盐和钼酸盐,所用掺杂元素为钼,钼/钨摩尔比为0.005~0.05。

具有高红外屏蔽性能的材料
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WO3纳米材料光解水制氢

WO3纳米材料具有无毒、无害、容易制备、性能稳定、价格低廉以及优良的可见光响应等优点,是一种较为理想的光电化学反应体系光阳极半导体材料,在光电化学领域(光解水,光降解有机污染物及太阳能电池)得到了广泛的应用。

1972年,Fujishima和Honda首次报道在光照条件下,采用TiO2半导体电极所组成的光电化学池将水分解为氢气和氧气,继此许多科研工作者对其他氧化物半导体在光解水制氢方面进行了大量的研究工作。

光催化剂

在标准状态下若要把1mol H2O分解为氢气和氧气需要273kJ的能量,即至少需2.46eV的能量才可将水分子分解为氢气和氧气。通常的电解水反应所需的理论电压相对于标准氢电极电势为1.23V,因此如果采用半导体材料对水进行光催化分解反应,理论上材料的禁带宽度必须大于1.23eV. 在实际的电解水反应过程中,由于过电位的存在及电极极化等其他因素造成的能量损失,最适合的半导体禁带宽度为2.0~2.2eV. 由于存在较高的过电位,光解水反应的氧化半反应相对更难发生,阻碍了反应析氧反应的进行,从而制约着光解水效率的提高。

根据材料结构的不同,WO3的禁带宽度为2.5~2.8eV,是一种良好的光解水催化材料。研究发现,在pH=0的条件下,WO3导带底部的电极电势为+0.4V,高于水分解还原半反应的电极电势,因而不能用于析氧反应,但由于其价带空穴具有很强的氧化能力,可用于光催化分解水产氧。

1976年以色列科学家Hobes首次将WO3用于光解水制氢体系,此后众多的科研工作者对进行了广泛的研究与应用。相对于TiO2光催化剂,目前WO3的光转化效率较低。但WO3具有先天的优势,如禁带宽度低,无需进行修饰或敏化即具有良好的可见光响应,从而能利用到更多的太阳光。此外,在实际光催化分解水反应体系中,WO3在长时间光照下能够保持优良的抗光腐蚀性和光生电子传输性能,因此是一种理想的光分解水催化剂。

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