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Research onPreparationandPerformanceofCoWO4 Micro-crystallinesAThesisSubmittedtoShaanxiUniversityofScienceandTechnologyinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheDegreeofMasterofEngineeringScienceByXiu-juanHeSupervisor:Prof.Li-yunCaoMay2015CoWO4 微晶的制备及性能研究摘要目前，工业经济部门的快速发展对自然环境造成了严重的污染问题。人类依赖的生活环境逐渐恶化，治理环境污染问题变得非常迫切。近些年来，采用光催化材料降解各种有机污染物的效果十分明显。并且光催化材料也从最初的TiO2系列逐步向更多种类发展。尤其获得相关研究者们青睐的材料种类就包含钨酸盐系列光催化材料。在此基础上，本课题针对钨酸钴粉体材料进行了相关研究，其中涉及到合成制备方法研究、材料晶体结构表征与微观形貌控制分析、光学性能研究、应用潜力探索以及微波水热化学反应过程分析等诸多方面。一般而言，AWO4型二价过渡金属钨酸盐系列材料的晶体结构随着阳离子(A2+)半径的不同或者形成四方晶系白钨矿结构，或者形成黑钨矿结构。而CoWO4则优先结晶成黑钨矿结构，属于P2/c 单斜晶系空间群。在合成制备方法研究方面，在综合分析论述各种纳米材料制备方法优劣的基础上，采用微波水热法合成制备钨酸钴纳米材料，同时还研究了前驱溶液不同pH值、不同反应温度、不同反应时间等多种工艺条件对反应产物的变化规律。并且根据XRD测试数据，特征衍射峰的结晶位置与标准卡片相一致(JCPDS No.72-0479)。进行相关分析后，可以证明微波水热法是一种合成制备CoWO4纳米粉体材料的可靠可控方法。并且制备出的CoWO4晶体的晶格常数为a=4.9478nm，b=5.6827nm，c=4.6694nm，α=β=γ=90°，属于单斜晶系。SEM分析结果表明CoWO4纳米粉体材料呈现出颗粒状并且在一定程度上形成了团聚现象。合成制备工艺研究指出前驱液pH值的变化会显著影响最终产物的晶体结构。当前驱液pH值小于等于2 时，生成了钨氧化合物材料；而当前驱液pH值从3变化到5.5时，形成了一种Co4W6O21(OH)2?4H2O产物，与标准卡片JCPDS No.47-0142相符，晶格常数为a=1.2858nm，属于立方晶系；当前驱液pH值介于6到8 之间，形成了一种CoWO4晶体材料；当调节前驱液的pH值大于等于9时，形成CoO或Co(OH)2产物。除此之外，产物的晶体结构和微观形貌同时还要受到反应温度以及反应时间的影响。当反应在较低温度下进行时，同时反应时间相对短暂时，产物的结晶过程并不完全，微观形态分布不均一。提高反应温度并延长反应时间对于最终产物的晶体结构的形成发育有促进作用。综合考虑工艺参数变化范围以及成本效率等因素，确定出前驱液pH值为pH=8、微波水热反应温度为T=170°C、微波水热反应时间为t=80min的条件为制备CoWO4 材料的最优工艺。前驱液pH值为pH=4、微波水热反应温度为T=170°C、微波水热反应时间为t=80min的条件为制备Co4W6O21(OH)2?4H2O材料最优工艺。在光催化性能研究方面，采用紫外可见吸收光谱(UV-vis)以及荧光光谱(PL)对钨酸钴粉体材料的性能进行了检测、表征与分析。研究结果表明CoWO4在225-375nm的紫外光区和550-600nm的可见光区存在两个吸收峰；Co4W6O21(OH)2?4H2O在波长为250nm的近紫外区和波长为550nm左右的可见光区存在两个主峰；并且两种结构在近紫外区的吸收峰率大于后者；同时结合朗伯-比尔定律以及Kubelka-Munk公式测试出CoWO4纳米晶体的禁带宽度约为3.41eV，而Co4W6O21(OH)2?4H2O微晶的禁带宽度为3.18-3.81eV。在应用领域研究方面，对两种不同晶体结构的钨酸钴的光催化性能以及CoWO4的微波陶瓷介电性能进行了探索研究。在介于0.05-0.5mol/L的范围内配制两种不同溶液，并且以罗丹明B(Rh.B)、甲基橙(MO)和亚甲基蓝(MB) 模拟代表典型有机污染物分子，测量在暗反应条件下以及汞灯光照条件下两种介质对有机染料的光催化降解能力。结果表明，CoWO4粉体在光照条件下对亚甲基蓝(MB)染料表现出较强的吸附能力，对甲基橙(MO)的光催化能力较弱，而对罗丹明B（Rh.B）染料几乎无降解能力。而Co4W6O21(OH)2?4H2O 微晶对甲基橙(MO)和罗丹明B(Rh.B)染料基本无光催化降解能力，对亚甲基蓝(MB)染料则表现出比较强的吸附能力