第6期 郑锋等：水热法制备WO,纳米棒阵列及其光催化性能 ·815· 蓝溶液的光催化降解速率差别很小，这可能是因为 于基底的这种有序结构使得甲基蓝溶液更易于快速 催化反应前吸附到WO,纳米结构上的甲基蓝分子 扩散到薄膜的深处，单根纳米棒与甲基蓝溶液接触 数量相差不大，使得二者的降解速率相近；而在10 更加充分，光催化降解反应更加快速，最终导致两种 ~20min时，相比于团聚在一起的W03纳米棒捆而 不同纳米结构的WO3在降解甲基蓝溶液速率上的 言，W0,纳米棒阵列的比表面积相对较大，并且垂直 差别 0.5 05 0.4 0.4 -0 min -0 min 0.3 -----10min 0.3 -----I0min +…20min …20min ----30min ---…30min 02 --…60min 0.2 -60 min *…120min 120 min 0.1 400 500 600 700 800 400 500 600 700 800 波长/nm 波长mm 图7不同WO,纳米结构光催化甲基蓝溶液的吸光度随时间的变化曲线.()WO,纳米棒捆：(b)WO,纳米棒阵列 Fig.7 Curves of absorption to time of methyl blue solutions photodegraded by two different WO:nanostructures at different time:(a)WO,nanorod bundles:(b)WO;nanorod arrays 基于甲基蓝溶液随着时间变化的吸光度数值， 纳米棒捆的光催化性能要好.究其原因可能是因为 通过如下公式计算相应的光催化降解效率： WO,纳米棒阵列垂直于基底生长，分散性好，纳米棒 a=(A。-A,)/A (4) 的长径比高，比表面积大，相比于团聚在一起的纳米 式中，a为甲基蓝的降解率，A为光照前甲基蓝溶液 棒捆而言，独立存在的单根纳米棒阵列与甲基蓝溶 在600nm的吸光度，A,为光照时间为t时甲基蓝溶 液接触充分，促使光催化降解反应能够快速进行. 液在600nm的吸光度.图8为两种不同W03纳米 3结论 结构光催化降解甲基蓝溶液的曲线.从图中可以看 出，采用氙灯光源光降解反应2h后，二者的光催化 (1)采用水热法，直接在TO基底上制备出尺 效率均能超过80%，表明其在可见光下均具有较高 寸均一、密度较大且垂直于基底生长的有序六方 的光催化活性.具体而言，基于WO纳米棒捆的光 WO3纳米棒阵列. 催化剂降解甲基蓝溶液接近80%需要1h,而W0, (2)X射线衍射和透射电镜分析表明，WO,纳 纳米棒阵列降解率达到80%以上只需要30min.很 米棒阵列沿着O01]方向择优生长.通过调节前驱 明显，在相对较短的时间内WO3纳米棒阵列比WO3 液最终pH值，获得了具有不同取向和微观形貌的 100 WO3纳米结构. (3)光催化降解甲基蓝溶液的研究表明，两种 结构均具有较高的光催化效率.WO,纳米棒阵列的 860 有序结构可能是导致在较短时间内纳米棒阵列的光 催化性能优于纳米棒捆的主要原因. 40 一。一WO,纳米棒捆 一一WO,纳米棒阵列 参考文献 [1]Su J,Feng X,Sloppy J D,et al.Vertically aligned WO;nanowire 20 406080100120 arrays grown directly on transparent conducting oxide coated glass: 时间min synthesis and photoelectrochemical properties.Nano Lett,2011, 图8不同W0,纳米结构光催化降解甲基蓝溶液曲线 11(1）:203 Fig.8 Photocatalytic degradation curves of methyl blue solutions with [2]Teoh L G,Shieh J,Lai W H,et al.Structure and optical proper- two different WO;nanostructures ties of mesoporous tungsten oxide.J Alloys Compd,2005,396(1第 6 期 郑 锋等: 水热法制备 WO3纳米棒阵列及其光催化性能 蓝溶液的光催化降解速率差别很小，这可能是因为 催化反应前吸附到 WO3 纳米结构上的甲基蓝分子 数量相差不大，使得二者的降解速率相近; 而在 10 ～ 20 min 时，相比于团聚在一起的 WO3纳米棒捆而 言，WO3纳米棒阵列的比表面积相对较大，并且垂直 于基底的这种有序结构使得甲基蓝溶液更易于快速 扩散到薄膜的深处，单根纳米棒与甲基蓝溶液接触 更加充分，光催化降解反应更加快速，最终导致两种 不同纳米结构的 WO3 在降解甲基蓝溶液速率上的 差别． 图 7 不同 WO3纳米结构光催化甲基蓝溶液的吸光度随时间的变化曲线． ( a) WO3纳米棒捆; ( b) WO3纳米棒阵列 Fig． 7 Curves of absorption to time of methyl blue solutions photodegraded by two different WO3 nanostructures at different time: ( a) WO3 nanorod bundles; ( b) WO3 nanorod arrays 基于甲基蓝溶液随着时间变化的吸光度数值， 通过如下公式计算相应的光催化降解效率: a = ( A0 － At ) /A0 ． ( 4) 图 8 不同 WO3纳米结构光催化降解甲基蓝溶液曲线 Fig． 8 Photocatalytic degradation curves of methyl blue solutions with two different WO3 nanostructures 式中，a 为甲基蓝的降解率，A0为光照前甲基蓝溶液 在 600 nm 的吸光度，At为光照时间为 t 时甲基蓝溶 液在 600 nm 的吸光度． 图 8 为两种不同 WO3纳米 结构光催化降解甲基蓝溶液的曲线． 从图中可以看 出，采用氙灯光源光降解反应 2 h 后，二者的光催化 效率均能超过 80% ，表明其在可见光下均具有较高 的光催化活性． 具体而言，基于 WO3纳米棒捆的光 催化剂降解甲基蓝溶液接近 80% 需要 1 h，而 WO3 纳米棒阵列降解率达到 80% 以上只需要 30 min． 很 明显，在相对较短的时间内 WO3纳米棒阵列比 WO3 纳米棒捆的光催化性能要好． 究其原因可能是因为 WO3纳米棒阵列垂直于基底生长，分散性好，纳米棒 的长径比高，比表面积大，相比于团聚在一起的纳米 棒捆而言，独立存在的单根纳米棒阵列与甲基蓝溶 液接触充分，促使光催化降解反应能够快速进行． 3 结论 ( 1) 采用水热法，直接在 ITO 基底上制备出尺 寸均一、密度较大且垂直于基底生长的有序六方 WO3纳米棒阵列． ( 2) X 射线衍射和透射电镜分析表明，WO3纳 米棒阵列沿着［001］方向择优生长． 通过调节前驱 液最终 pH 值，获得了具有不同取向和微观形貌的 WO3纳米结构． ( 3) 光催化降解甲基蓝溶液的研究表明，两种 结构均具有较高的光催化效率． WO3纳米棒阵列的 有序结构可能是导致在较短时间内纳米棒阵列的光 催化性能优于纳米棒捆的主要原因． 参 考 文 献 ［1］ Su J，Feng X，Sloppy J D，et al． Vertically aligned WO3 nanowire arrays grown directly on transparent conducting oxide coated glass: synthesis and photoelectrochemical properties． Nano Lett，2011， 11( 1) : 203 ［2］ Teoh L G，Shieh J，Lai W H，et al． Structure and optical proper￾ties of mesoporous tungsten oxide． J Alloys Compd，2005，396( 1 ·815·