ChemComm Cite this: DOI: 10.1039/c1

ChemComm



Cite this: DOI: 10.1039/c1cc10389j

www.rsc.org/chemcomm

View Online
Dynamic Article Links





COMMUNICATION



Three-dimensional WO3 nanostructures on carbon paper:
photoelectrochemical property and visible light driven photocatalysisw

Xianghui Zhang,a Xihong Lu,ab Yongqi Shen,a Jingbin Han,c Longyan Yuan,a Li Gong,d
Zhi Xu,e Xuedong Bai,e Min Wei,c Yexiang Tong,b Yihua Gao,a Jian Chen,d Jun Zhou*a and
Zhong Lin Wang*af

Received 20th January 2011, Accepted 28th March 2011
DOI: 10.1039/c1cc10389j


Three-dimensional (3D) WO3 nanostructures were grown on carbon paper by a catalyst-free high temperature reactive vapor
deposition process, which exhibit a good photoelectrochemical
property and visible light driven photocatalytic performance.

For the purpose of efectively utilizing the solar light or visible light, significant eforts have been focused on exploring new materials with band edge alignments suitable for driving the necessary photoelectrochemical and photocatalytic reactions.1-4 It is now widely recognized that nanostructured semiconductors, in comparison to bulk materials, ofer potential advantages in photoelectrochemical cells or photocatalytic applications due to their large surface area and size dependent properties, such as increased photon absorption, enhanced charge separation and migration, and surface reactions.5,6 One-dimensional (1D) single crystalline structures are currently of great importance, as they can ofer direct path for the photogenerated charges, with reduced grain boundaries, resulting in superior charge
transport properties.7-9
Among transition metal oxides, tungsten trioxide (WO3) has
attracted considerable interests due to its promising physical
and chemical properties.10-12 WO3 represents an important


member of visible-light-driven photocatalysts, and has been demonstrated to exhibit high photocatalytic activity for the decomposition of organic compounds both in liquid and gas
phase.13-17 Moreover, WO3 is recognized as one of the few
n-type semiconductors resistant to photocorrosion in aqueous
solutions, and has significant incident photo-to-current conversion efciencies (IPCEs).18 Recently, the study of visible-light-driven photoelectrochemical or photocatalytic
properties of WO3 nanostructures, including nanoparticles,13
nanotubes14 and nanorods4 have attracted much attention due
to their outstanding performances. In this work, we report the
fabrication of three-dimensional (3D) WO3 nanostructures on
carbon paper via a high temperature reactive vapor deposition
process. The photoelectrochemical measurement shows that
the 3D WO3 nanostructures have a strong photocurrent
response under visible light illumination (l > 420 nm).
Moreover, they also exhibit a good visible light photocatalytic performance for the degradation of rhodamine B (RB).
The 3D WO3 nanostructures were synthesized by a one-step,
high temperature evaporation process by using tungsten
powder as the source material in the presence of oxygen, which has been reported elsewhere (see the experimental section in ESIw).19-22 After the evaporation deposition process, the color of the carbon paper substrate changed from

a Wuhan National Laboratory for Optoelectronics, dark grey to bright yellow. Fig. 1a and b show the scanning

and College of Optoelectronic Science and Engineering,
Huazhong University of Science and Technology (HUST), Wuhan,
430074, China. E-mail: [e-mail];
Fax: [phone]; Tel: [phone]
b MOE of the Key Laboratory of Bioinorganic and Synthetic
Chemistry, School of Chemistry and Chemical Engineering,
Sun Yat-Sen University, Guangzhou, 510275, China
c State Key Laboratory of Chemical Resource Engineering,
Beijing University of Chemical Technology, Beijing, 100029,
P. R. China
d Instrumental Analysis & Research Center, Sun Yat-Sen University,
Guangzhou, 510275, China
e Bejing National Laboratory for Condensed Matter Physics Institute
of Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing, 100190, China f School of Materials Science and Engineering, Georgia Institute of Technology, Atlanta, Georgia 30332-0245, USA.
E-mail: [e-mail]; Fax: [phone];
Tel: [phone]
w Electronic supplementary information (ESI) available: Experimental details, UV-vis absorption spectra of RB solution in the absence of the
3D WO3 nanostructures, SEM images of the 3D WO3 nanostructures
after the dye degradation experiment. See DOI: 10.1039/c1cc10389j

electron microscopy (SEM) images of carbon paper before and
after the growth of WO3 nanostructures, respectively. It can be
seen that the carbon paper was woven by carbon fibers with
the diameter of B10 mm. The carbon fibers were uniformly
covered by the 3D WO3 nanostructures after the growth
process. The high yield of the product can be observed
from the low magnification SEM image in Fig. 1c. The high-magnification SEM image in Fig. 1d clearly demonstrates the shape of the 3D nanostructure, which is constructed by intercrossed nanowires with the orientation of three perpendicular directions.
The crystal structure of the product was characterized by X-ray difraction (XRD) measurement. According to Fig. 2a, all of the difraction peaks, except two peaks of the carbon
paper, can be indexed to monoclinic WO3 (ICDD-PDF2-2004
cards: 01-072-0677). The dominant peak at 23.11, 23.51 and
24.31 are corresponding to (002), (020) and (200) difraction


This journal is c The Royal Society of Chemistry 2011 Chem. Commun.

View Online


















Fig. 1 (a) and (b) are SEM images of the carbon paper before and after the growth of 3D WO3 nanostructures, respectively.
(c) low-magnification and (d) high-magnification SEM image of the
3D WO3 nanostructures, respectively.




Fig. 3 (a) UV-vis absorption spectrum of 3D WO3 nanostructures. (b) Current density versus potential (J-V) curve of 3D WO3 nano-
structures in the dark and under visible light irradiation (>420 nm).
The inset shows the photocurrent response at zero bias.

obtained, correspond to the (020) and (002) planes of the monoclinic WO3.
Fig. 3a shows the UV-visible absorption spectrum of the
3D WO3 nanostructures. The optical band gap (Eg) of 3D
WO3 nanostructures can be calculated from the equation of (ahn)2 = A (hn À Eg), where hv is the photon energy, a is the
absorption coefcient, and A is a material related constant.24
The estimated Eg for the 3D WO3 nanostructures is B2.36 eV,
indicating they are capable of capturing visible light. Hence,
the photoelectrochemical cell (PEC) characterization
of the 3D WO3 nanostructures under visible light irradiation
(>420 nm) was examined (see the experimental section in

Fig. 2 (a) XRD pattern, (b) room temperature Raman spectrum,
(c) low- magnification TEM image, and (d) HRTEM image of the 3D
WO3 nanostructures on carbon paper.


peak of WO3, respectively. Fig. 2b displays a Raman spectrum of the 3D WO3 nanostructures. The bands centered at 807 and
716 cmÀ1 arise from the W-O stretching, and the two bands
located at 327 and 273 cmÀ1 belong to O-W-O bending modes.23 The result indicates that the structure of the product
is WO3 monoclinic g-phase.
Fig. 2c shows a low-magnification transmission electron
microscopy (TEM) image of a broken 3D WO3 nanostructures
segment with a vertical cross junction. Corresponding selected
area electron difraction (SAED) pattern (inset in Fig. 2d) of the junction was recorded, proving the single crystalline nature of the whole junction. Fig. 2d displays a high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) image that was taken from the rectangle-closed area in Fig. 2c. Two sets of parallel fringes with the spacing of 0.37 nm and 0.38 nm were

ESIw). Fig. 3b shows the photocurrent density versus potential
(J-V) curve for the 3D WO3 nanostructures in the electrolyte
containing 0.1 M Na2SO4 both in the dark and under visible light irradiation. It can be clearly seen that the 3D WO3
nanostructures exhibited a significant photocurrent density
under visible light irradiation. The large photocurrent density of 0.45 mA cmÀ2 is observed with +0.25 V (vs. SCE). The inset in Fig. 3b is the photocurrent response to on-of cycling
of the 3D WO3 nanostructures recorded at zero bias. The
steady and prompt photocurrent generation was observed
during on and of cycles of illumination, demonstrating the
good photocurrent stability under visible light irradiation.
In view of its visible photocurrent response, we further
studied the visible photocatalytic activity of the 3D WO3
nanostructures by photo-degradation of rhodamine B (RB)
solution (see the experimental section in ESIw). To eliminate the self-degradation of RB and the substrate efect under
irradiation, a carbon paper without WO3 was also measured
under the same conditions for comparison (the self-degradation


Chem. Commun. This journal is c The Royal Society of Chemistry 2011

View Online



vapor deposition process. The visible-light-driven PEC and photocatalytic properties have been studied. The 3D WO3
nanostructures exhibit a strong photocurrent response under
visible light illumination (l > 420 nm). In addition, a high visible light photocatalytic behavior for the decomposition of RB was also demonstrated. These results indicate that the 3D
WO3 nanostructures are promising candidate materials for
PEC cell and photocatalysts for wastewater treatment.
ZXH and LXH contributed equally to this work. This work is supported by the National Natural Science Foundation of China (51002056, 51072236), the Program for New Century Excellent Talents in University (NCET-10-0397), a Foundation for the Author of National Excellent Doctoral

Fig. 4 UV-vis absorption spectra of RB solution as a function of
irradiation time in the presence of 3D WO3 nanostructures on carbon
paper. Inset shows the plot of degradation ln(Ct

Kết quả (Việt) 1:

ChemComm Trích dẫn này: DOI: 10.1039/c1cc10389j www.RSC.org/ chemcomm Xem trực tuyến Liên kết động bài viết THÔNG TIN LIÊN LẠC Ba chiều WO3 nanostructures ngày carbon giấy: bất động sản photoelectrochemical và có thể nhìn thấy ánh sáng hướng photocatalysisw Xianghui trương, Xihong Lu, ab Yongqi Shen, Jingbin Han, c Long Nham Yuan, một Li Gong, d Zhi Xu, e Xuedong Bai, e Min Wei, c Yexiang Tong, b Yihua cao, một Jian Chen, d Jun chu * một và Zhong Lin Wang * af Nhận được 20 tháng 1 năm 2011, chấp nhận 28 tháng 3 năm 2011 DOI: 10.1039/c1cc10389j Ba chiều (3D) WO3 nanostructures được trồng trên carbon giấy bởi một nhiệt độ cao miễn phí chất xúc tác phản ứng hơi quá trình lắng đọng, triển lãm một photoelectrochemical tốt bất động sản và hiệu suất có thể nhìn thấy ánh sáng hướng photocatalytic. Cho các mục đích của efectively sử dụng các năng lượng mặt trời ánh sáng hoặc có thể nhìn thấy ánh sáng, đáng kể những nỗ lực đã được tập trung vào khám phá các vật liệu mới với ban nhạc cạnh sự sắp xếp phù hợp cho các lái xe cần thiết photoelectrochemical và photocatalytic reactions.1-4 nó bây giờ rộng rãi được công nhận trong chất bán dẫn, so với vật liệu rời, tiềm năng cho lợi thế trong các tế bào photoelectrochemical hoặc photocatalytic ứng dụng do của diện tích bề mặt lớn và kích cỡ phụ thuộc tính, chẳng hạn như hấp thụ tăng photon, nâng cao phí ly thân và di chuyển, và bề mặt reactions.5,6 chiều (1 D) cấu trúc tinh thể duy nhất hiện tại có tầm quan trọng lớn, như họ có thể cho đường dẫn trực tiếp cho những chi phí photogenerated, với ranh giới hạt giảm, dẫn đến cao cấp phụ trách giao thông vận tải properties.7-9 Trong số các kim loại chuyển tiếp oxit vonfram ôxít (WO3) có thu hút các lợi ích đáng kể do của nó hứa hẹn vật lý và hóa học properties.10-12 WO3 đại diện cho một quan trọng thành viên có thể nhìn thấy-ánh sáng-driven xúc, và đã được chứng minh để triển lãm cao photocatalytic hoạt động cho sự phân hủy của các hợp chất hữu cơ cả về chất lỏng và khí hơn nữa Phase.13-17, WO3 được công nhận là một trong số ít các chất bán dẫn loại n đề kháng với photocorrosion trong dung dịch nước giải pháp, và đã chuyển đổi ảnh hiện tại sự kiện quan trọng efciencies (IPCEs).18 gần đây, việc nghiên cứu có thể nhìn thấy-ánh sáng-hướng photoelectrochemical hoặc photocatalytic thuộc tính của WO3 nanostructures, bao gồm cả hạt nano, 13 nanotubes14 và nanorods4 đã thu hút nhiều sự chú ý do đến buổi biểu diễn xuất sắc của họ. Trong tác phẩm này, chúng tôi báo cáo các chế tạo của ba chiều (3D) WO3 nanostructures trên Carbon giấy thông qua một lắng đọng phản ứng hơi nhiệt độ cao quá trình. Đo lường photoelectrochemical cho thấy rằng 3D WO3 nanostructures có một photocurrent mạnh mẽ phản ứng dưới có thể nhìn thấy ánh sáng chiếu sáng (l > 420 nm). Hơn nữa, họ cũng thể hiện một hiệu suất tốt photocatalytic có thể nhìn thấy ánh sáng cho sự xuống cấp của rhodamine B (RB). 3D WO3 nanostructures đã được tổng hợp bởi một One-bước, nhiệt độ cao bay hơi quá trình bằng cách sử dụng vonfram bột như nguồn nguyên liệu sự hiện diện của oxy, mà đã báo cáo ở những nơi khác (xem phần thử nghiệm ở ESIw).19-22 sau khi quá trình lắng đọng bốc hơi, màu sắc của bề mặt carbon giấy thay đổi từ Vũ Hán bản National Laboratory cho Optoelectronics, tối màu xám để sáng màu vàng. Hình 1a và b Hiển thị các chức năng quét và trường cao đẳng Khoa học quang điện và kỹ thuật, Đại học khoa học và công nghệ (QLCL), Vũ Hán, 430074, Trung Quốc. Thư điện tử: [e-mail]; Số Fax: + 86-27-87792225; Điện thoại: + 86-27-87793105 b MOE của phòng thí nghiệm chính của Bioinorganic và tổng hợp Hóa học, trường học hóa học và kỹ thuật hóa học, Sun Yat-Sen University, Quảng Châu, 510275, Trung Quốc c phòng thí nghiệm chính nhà nước của kỹ thuật hóa học tài nguyên, Beijing công nghệ đại học hóa học, Bắc Kinh, 100029, P. R. Trung Quốc d công cụ phân tích & Trung tâm nghiên cứu, Sun Yat-Sen Đại học, Quảng Châu, 510275, Trung Quốc e Bejing National Laboratory cho viện vật lý chất cô đặc vật lý, Viện Hàn lâm khoa học Trung Quốc, Bắc Kinh, 100190, Trung Quốc f trường khoa học vật liệu và kỹ thuật, Georgia viện công nghệ, Atlanta, Georgia 30332-0245, Mỹ. Thư điện tử: [e-mail]; Số Fax: + 1-404-894-8008; Điện thoại: + 1-404-894-9140 w bổ sung thông tin điện tử (ESI) có sẵn: thử nghiệm chi tiết, UV-vis hấp thụ quang phổ của RB giải pháp trong sự vắng mặt của các 3D WO3 nanostructures, SEM hình ảnh của 3D WO3 nanostructures sau khi thử nghiệm thuốc nhuộm suy thoái. Xem DOI: 10.1039/c1cc10389j kính hiển vi điện tử (SEM) hình ảnh của carbon giấy trước khi và sau khi sự phát triển của WO3 nanostructures, tương ứng. Nó có thể nhìn thấy rằng giấy carbon được dệt bằng sợi carbon với đường kính B10 mm. Các sợi carbon đã thống nhất được bảo hiểm bởi WO3 3D nanostructures sau khi sự phát triển quá trình. Năng suất cao của sản phẩm có thể được quan sát thấy từ hình ảnh phóng đại thấp SEM trong hình 1. Hình ảnh SEM phóng đại cao trong hình 1 d rõ ràng cho thấy hình dạng của Nano 3D, được xây dựng bởi intercrossed nanowires với định hướng của ba hướng vuông góc. Cấu trúc tinh thể của sản phẩm được đặc trưng bởi x-quang difraction (XRD) đo lường. Theo hình 2a, tất cả các đỉnh núi difraction, ngoại trừ hai đỉnh các-bon giấy, có thể được lập chỉ mục đơn tà WO3 (ICDD / PDF2 / 2004 thẻ: 01-072-0677). Đỉnh thống trị tại 23,11, 23.51 và 24.31 tương ứng với (002), (020) và difraction (200) Tạp chí này là c The Royal Society của hóa học 2011 chem thị. Xem trực tuyến Hình 1 (một) và (b) là SEM hình ảnh của giấy cacbon trước và sau khi sự phát triển của 3D WO3 nanostructures, tương ứng. (c) thấp-phóng đại và (d) phóng đại cao hình ảnh SEM của các 3D WO3 nanostructures, tương ứng. Hình 3 (a) UV-vis hấp thụ quang phổ của 3D WO3 nanostructures. (b) hiện tại mật độ so với đường cong (J-V) tiềm năng của 3D WO3 nano- cấu trúc trong bóng tối và dưới có thể nhìn thấy ánh sáng chiếu xạ (> 420 nm). Ghép cho thấy phản ứng photocurrent lúc không thiên vị. thu được, tương ứng với (020) và (002) máy bay của đơn tà WO3. Cho thấy hình 3a quang phổ hấp thụ tia UV và có thể nhìn thấy của các 3D WO3 nanostructures. Khoảng cách quang học ban nhạc (Eg) của 3D WO3 nanostructures có thể được tính toán từ phương trình (ahn) 2 = A (hn À Eg), trong đó hv năng lượng photon, a là các hấp thụ coefcient, và A là một tài liệu có liên quan constant.24 Eg ước tính cho 3D WO3 nanostructures là B2.36 eV, cho biết họ có khả năng chụp ánh sáng khả kiến. Do đó, đặc tính di động (PEC) photoelectrochemical của nanostructures WO3 3D dưới có thể nhìn thấy bức xạ ánh sáng (> 420 nm) đã được kiểm tra (xem phần thử nghiệm trong Mô hình (a) XRD hình 2, (b) nhiệt độ phòng Raman phổ, (c) thấp-phóng đại TEM hình ảnh, và (d) HRTEM hình ảnh của 3D WO3 nanostructures ngày carbon giấy. cao điểm của WO3, tương ứng. Hình 2b Hiển thị một phổ Raman của 3D WO3 nanostructures. Các ban nhạc Trung tâm tại 807 và 716 cmÀ1 phát sinh từ việc kéo dài W-O, và hai ban nhạc Tọa lạc tại 327 và 273 cmÀ1 thuộc về O-W-O uốn modes.23 kết quả chỉ ra rằng cấu trúc của các sản phẩm là WO3 đơn tà g-giai đoạn. Hình 2 c cho thấy một phóng đại thấp truyền điện tử kính hiển vi (TEM) hình ảnh của một 3D bị hỏng WO3 nanostructures phân đoạn với một ngã ba qua dọc. Tương ứng được chọn khu vực điện tử difraction (tri) mô hình (ghép trong hình 2d) của giao lộ đã được ghi lại, chứng minh tính chất tinh thể duy nhất của toàn bộ giao lộ. Hình 2d Hiển thị một hình ảnh độ phân giải cao truyền kính hiển vi điện tử (HRTEM) được lấy từ khu vực hình chữ nhật đóng cửa trong hình 2. Hai bộ rìa song song với các khoảng cách của 0,37 nm và 0,38 nm đã ESIw). Hình 3b cho thấy mật độ photocurrent so với tiềm năng Đường cong (J-V) cho nanostructures WO3 3D trong chất điện phân có 0,1 M Na2SO4 trong bóng tối và dưới chiếu xạ ánh sáng nhìn thấy được. Nó có thể được nhìn thấy rõ ràng rằng 3D WO3 nanostructures trưng bày một mật độ đáng kể photocurrent dưới chiếu xạ ánh sáng nhìn thấy được. Mật độ lớn photocurrent của 0.45 mA cmÀ2 là quan sát với +0.25 V (so với SCE). Ghép trong hình 3b là phản ứng photocurrent sang Baät-đi xe đạp của 3D WO3 nanostructures thu âm tại không thiên vị. Các photocurrent ổn định và nhanh chóng thế hệ được quan sát thấy trong ngày và các chu kỳ chiếu sáng, thể hiện các sự ổn định tốt photocurrent dưới chiếu xạ ánh sáng nhìn thấy được. Theo quan điểm của phản ứng có thể nhìn thấy photocurrent của nó, chúng tôi tiếp tục nghiên cứu các hoạt động có thể nhìn thấy photocatalytic của 3D WO3 nanostructures bởi ảnh-suy thoái của rhodamine B (RB) giải pháp (xem phần thử nghiệm ở ESIw). Để loại bỏ sự xuống cấp tự của RB và efect bề mặt dưới chiếu xạ, một giấy cacbon mà không có WO3 cũng đã được đo theo các điều kiện tương tự để so sánh (sự xuống tự cấp Chem thị. Tạp chí này là c The Royal xã hội hóa học năm 2011 Xem trực tuyến hơi quá trình lắng đọng. Có thể nhìn thấy-ánh sáng-driven PEC và photocatalytic thuộc tính đã được nghiên cứu. 3D WO3 nanostructures triển lãm một phản ứng mạnh mẽ photocurrent theo có thể nhìn thấy ánh sáng chiếu sáng (l > 420 nm). Ngoài ra, một hành vi cao photocatalytic có thể nhìn thấy ánh sáng cho sự phân hủy của RB cũng đã được chứng minh. Những kết quả này chỉ ra rằng 3D WO3 nanostructures được triển vọng ứng cử viên vật liệu cho PEC di động và xúc để điều trị nước thải. ZXH và LXH đóng góp như nhau để làm việc này. Công việc này được hỗ trợ bởi các quốc gia khoa học tự nhiên thành lập của Trung Quốc (51002056, 51072236), chương trình cho các tài năng tuyệt vời thế kỷ mới tại trường đại học (NCET-10-0397), một nền tảng cho các tác giả của quốc gia tuyệt vời tiến sĩ Hình 4 UV-vis hấp thụ quang phổ của RB giải pháp như là một chức năng của thời gian chiếu xạ sự hiện diện của 3D WO3 nanostructures ngày carbon giấy. Ghép cho thấy cốt lõi của sự suy thoái ln (Ct

Kết quả (Việt) 2:

ChemComm Cite này: DOI: 10,1039 / c1cc10389j www.rsc.org/chemcomm View Online động Điều Liên kết THÔNG cấu trúc nano WO3 ba chiều trên giấy carbon: sở hữu điện hóa và có thể nhìn thấy ánh sáng hướng photocatalysisw Xianghui Zhang, một Xihong Lu, ab Yongqi Shen, một Jingbin Han, c Long Nham Yuan, Li Gong, d Zhi Xu, e Tuyết Đông Bái, e Min Wei, c Yexiang Tong, b Yihua Gao, một Chen Jian, d Tháng Sáu Zhou * a và Zhong Lin Wang * af nhận ngày 20 tháng 1 2011 , chấp nhận ngày 28 tháng ba năm 2011 DOI: 10,1039 / c1cc10389j ba chiều (3D) cấu trúc nano WO3 được trồng trên giấy carbon, nhiệt độ cao hơi phản ứng xúc tác, miễn phí quá trình lắng đọng, mà triển lãm một điện hóa tốt tài sản và ánh sáng nhìn thấy lái xe hiệu suất quang xúc tác. Đối với Mục đích của efectively sử dụng ánh sáng mặt trời hoặc ánh sáng nhìn thấy, eforts đáng kể đã được tập trung vào khai thác vật liệu mới với sự sắp xếp cạnh ban nhạc phù hợp cho các lái xe điện hóa cần thiết và quang reactions.1-4 Nó bây giờ được công nhận rộng rãi rằng các chất bán dẫn có cấu trúc nano, so với số lượng lớn vật liệu, Ofer lợi thế tiềm năng trong các tế bào điện hóa hoặc các ứng dụng quang xúc tác do tính diện tích bề mặt và kích thước lớn của họ phụ thuộc, chẳng hạn như tăng sự hấp thụ photon, tăng cường tách phí và di cư, và reactions.5,6 bề mặt Một chiều (1D) cấu trúc tinh thể duy nhất hiện nay là rất quan trọng, vì chúng có thể Ofer đường dẫn trực tiếp cho những chi phí photogenerated, với giảm ranh giới hạt, kết quả vượt trội phí vận chuyển properties.7-9 Trong số oxit kim loại chuyển tiếp, vonfram (WO3) đã thu hút được mối quan tâm đáng kể do đầy hứa hẹn của nó vật lý và hóa học properties.10-12 WO3 đại diện cho một quan trọng thành viên của ánh sáng nhìn thấy định hướng xúc tác quang học, và đã được chứng minh để triển lãm hoạt tính quang cao cho việc phân hủy các hợp chất hữu cơ ở cả chất lỏng và khí phase.13-17 Hơn nữa, WO3 là công nhận là một trong số ít các chất bán dẫn loại n kháng photocorrosion trong dung dịch nước giải pháp, và có sự cố ảnh-to-hiện efciencies đáng kể chuyển đổi (IPCEs) .18 Gần đây, nghiên cứu về điện hóa hoặc quang có thể nhìn thấy ánh sáng theo định hướng tính chất của cấu trúc nano WO3 , bao gồm các hạt nano, 13 nanotubes14 và nanorods4 đã thu hút nhiều sự chú ý do những màn trình diễn xuất sắc của họ. Trong tác phẩm này, chúng tôi báo cáo chế tạo ba chiều cấu trúc nano (3D) WO3 trên giấy carbon thông qua lắng đọng hơi phản ứng nhiệt độ cao quá trình. Việc đo điện hóa cho thấy rằng các cấu trúc nano WO3 3D có dòng quang mạnh mẽ phản ứng dưới có thể nhìn thấy ánh sáng chiếu sáng (l> 420 nm). Hơn nữa, họ cũng thể hiện một ánh sáng nhìn thấy hiệu suất quang xúc tác tốt cho sự xuống cấp của Rhodamine B (RB). Các cấu trúc nano WO3 3D đã được tổng hợp bởi một một bước, quá trình bốc hơi ở nhiệt độ cao bằng cách sử dụng vonfram bột là nguồn nguyên liệu trong sự hiện diện của oxy, đã được báo cáo ở những nơi khác (xem phần thử nghiệm trong ESIw) 0,19-22 Sau khi quá trình lắng đọng bốc hơi, các màu sắc của bề mặt giấy carbon thay đổi từ một thí nghiệm quốc gia Vũ Hán cho Optoelectronics, màu xám tối sang sáng màu vàng. Hình. 1a và b cho thấy các chức năng quét và Cao đẳng của quang điện Khoa học và Kỹ thuật, Huazhong Đại học Khoa học và Công nghệ (HUST), Vũ Hán, 430.074, Trung Quốc. E-mail: [e-mail]; Fax: + 86-27-87792225; Tel: + 86-27-87793105 b MOE của Phòng thí nghiệm trọng của Bioinorganic và tổng hợp Hóa học, Trường Hóa học và Kỹ thuật Hóa học, Đại học Sun Yat-Sen, Quảng Châu, 510.275, Trung Quốc c Phòng thí nghiệm Nhà nước Hóa chất Kỹ thuật Tài nguyên, Đại học Bắc Kinh Công nghệ hóa học, Bắc Kinh, 100.029, PR Trung Quốc d Phân tích công cụ & Trung tâm nghiên cứu, Đại học Sun Yat-Sen, Quảng Châu, 510.275, Trung Quốc e thí nghiệm quốc gia Bejing cho Condensed Matter Vật lý Viện Vật lý, Viện Khoa học Trung, Bắc Kinh, 100.190, Trung Quốc f Trường Khoa học Vật liệu và Kỹ thuật, Viện Công nghệ Georgia, Atlanta, Georgia 30332-0245, USA. E-mail: [e-mail]; Fax: + 1-404-894-8008; Tel: + 1-404-894-9140 w điện tử thông tin bổ sung (ESI) có sẵn: Thử nghiệm chi tiết, quang phổ hấp thụ UV-vis của giải pháp RB trong sự vắng mặt của các cấu trúc nano WO3 3D, hình ảnh SEM của cấu trúc nano WO3 3D sau khi thí nghiệm suy thoái thuốc nhuộm. Xem DOI: 10,1039 / c1cc10389j hiển vi điện tử (SEM) hình ảnh của giấy carbon trước và sau khi sự phát triển của cấu trúc nano WO3, tương ứng. Nó có thể được nhìn thấy rằng các giấy carbon được dệt bằng sợi carbon với đường kính của B10 mm. Các sợi carbon đã được thống nhất bao phủ bởi các cấu trúc nano WO3 3D sau khi tăng trưởng quá trình. Sản lượng cao của sản phẩm có thể được quan sát từ độ phóng đại ảnh SEM thấp trong hình. 1c. Các cao độ phóng đại SEM hình ảnh trong hình. 1d thể hiện rõ hình dạng của cấu trúc nano 3D, được xây dựng bởi các dây nano giao nhau với định hướng của ba hướng vuông góc. Các cấu trúc tinh thể của sản phẩm được đặc trưng bởi X-ray difraction (XRD) đo lường. Theo hình. 2a, tất cả các đỉnh difraction, ngoại trừ hai đỉnh carbon giấy, có thể được lập chỉ mục để WO3 đơn tà (ICDD-PDF2-2004 thẻ: 01-072-0677). Đỉnh cao chiếm ưu thế ở 23,11, 23,51 và 24,31 tương ứng với (002), (020) và (200) difraction tạp chí này là c The Royal Society Hóa học 2011 Chem. Commun. View Online hình. 1 (a) và (b) là những hình ảnh SEM của giấy carbon trước và sau khi sự phát triển của cấu trúc nano 3D WO3, tương ứng. (c) độ phóng đại thấp và (d) cao độ phóng đại SEM hình ảnh của cấu trúc nano WO3 3D, tương ứng. Hình. 3 (a) UV-vis phổ hấp thụ của cấu trúc nano 3D WO3. (B) Mật độ hiện tại so với tiềm năng (JV) đường cong của 3D WO3 nano cấu trúc trong bóng tối và dưới có thể nhìn thấy ánh sáng chiếu xạ (> 420 nm). Hình nhỏ cho thấy phản ứng dòng quang tại không thiên vị. thu được, tương ứng với (020) và (002) máy bay của WO3 đơn tà. Hình. 3a cho thấy phổ hấp thụ UV-nhìn thấy được của các cấu trúc nano WO3 3D. Khoảng cách ban nhạc quang học (ví dụ) của 3D cấu trúc nano WO3 có thể được tính theo công thức của (ahn) 2 = A (hn À Ví dụ), nơi hv là năng lượng photon, một là coefcient hấp thụ, và A là một loại vật liệu liên quan liên tục 0,24 Các ước tính Ví dụ cho các cấu trúc nano WO3 3D là B2.36 eV, cho thấy họ có khả năng nắm bắt ánh sáng nhìn thấy. Do đó, các tế bào điện hóa (PEC) đặc tính của cấu trúc nano WO3 3D dưới có thể nhìn thấy ánh sáng chiếu xạ (> 420 nm) đã được kiểm tra (xem phần thử nghiệm trong hình. 2 (a) mô hình nhiễu xạ tia X, (b) phổ Raman nhiệt độ phòng, (c ) thấp hình ảnh TEM phóng đại, và (d) ảnh HRTEM của 3D cấu trúc nano WO3 trên giấy carbon. đỉnh cao của WO3, tương ứng. Hình. 2b hiển thị một quang phổ Raman của các cấu trúc nano WO3 3D. Các ban nhạc tập trung ở 807 và 716 cmÀ1 phát sinh từ WO kéo dài, và hai ban nhạc nằm tại 327 và 273 cmÀ1 thuộc OWO uốn kết quả modes.23 chỉ ra rằng cấu trúc của sản phẩm là WO3 đơn tà g pha. Hình. 2c cho thấy một điện tử truyền qua độ phóng đại thấp kính hiển vi ( TEM) hình ảnh của một cấu trúc nano WO3 3D bị hỏng phân khúc với một ngã ba ngang dọc. Tương ứng với lựa chọn difraction khu vực điện tử (SAED) mô hình (lồng trong hình. 2d) của ngã ba được ghi nhận, chứng minh tính chất tinh thể duy nhất của toàn bộ đường giao nhau. Hình. 2ngày hiển thị một kính hiển vi điện tử truyền qua độ phân giải cao (HRTEM) hình ảnh được lấy từ khu vực hình chữ nhật kín trong hình. 2c. Hai bộ ven song song với khoảng cách là 0,37 nm và 0,38 nm là ESIw). Hình. 3b cho thấy mật độ dòng quang so với tiềm năng (JV) đường cong cho các cấu trúc nano WO3 3D trong chất điện phân có chứa 0,1 M Na2SO4 cả trong bóng tối và dưới có thể nhìn thấy ánh sáng chiếu xạ. Nó có thể được nhìn thấy rõ ràng rằng WO3 3D cấu trúc nano trưng bày một mật độ dòng quang đáng kể dưới có thể nhìn thấy ánh sáng chiếu xạ. Mật độ dòng quang lớn 0,45 mA cmÀ2 được quan sát với 0,25 V (so với SCE). Hình nhỏ trong hình. 3b là phản ứng dòng quang để trên của xe đạp của cấu trúc nano WO3 3D ghi nhận không thiên vị. Các thế hệ dòng quang ổn định và nhanh chóng được quan sát thấy trong quá trình trên và chu kỳ của ánh sáng, thể hiện sự ổn định dòng quang tốt dưới ánh sáng nhìn thấy được chiếu xạ. Theo quan điểm của phản ứng dòng quang có thể nhìn thấy nó, chúng tôi tiếp tục nghiên cứu các hoạt tính quang có thể nhìn thấy của 3D WO3 cấu trúc nano bằng hình ảnh suy thoái của Rhodamine B (RB) giải pháp (xem phần thử nghiệm trong ESIw). Để loại bỏ các tự sự suy thoái của RB và efect chất nền dưới chiếu xạ, giấy carbon mà không WO3 cũng được đo trong cùng điều kiện để so sánh (tự suy thoái Chem. Commun. tạp chí này là c The Royal Society Hóa học 2011 View Online quá trình lắng đọng hơi. Các thể nhìn thấy ánh sáng hướng PEC và các thuộc tính quang xúc tác đã được nghiên cứu. 3D WO3 cấu trúc nano trưng bày một phản ứng mạnh mẽ dưới dòng quang có thể nhìn thấy ánh sáng chiếu sáng (l> 420 nm). Ngoài ra, một ánh sáng có thể nhìn thấy hành vi quang cao cho sự phân hủy của RB cũng đã được chứng minh. Những kết quả này chỉ ra rằng 3D cấu trúc nano WO3 được hứa hẹn vật liệu ứng cử viên cho PEC tế bào và xúc tác quang học để xử lý nước thải. ZXH và LXH đóng góp như nhau đối với công việc này. Công trình này được hỗ trợ bởi Quỹ Khoa học quốc gia tự nhiên của Trung Quốc (51.002.056 , 51072236), Chương trình New Century tài năng xuất sắc trong Đại học (NCET-10-0397), một nền tảng cho các tác giả của quốc gia xuất sắc sĩ Hình. UV-vis quang phổ hấp thụ của 4 giải pháp RB là một hàm của thời gian chiếu xạ trong sự hiện diện của các cấu trúc nano 3D WO3 trên carbon giấy. Inset cho thấy cốt truyện của suy thoái ln (Ct