摘要
二氧化硅（SiO2）气凝胶是一种以气体为分散介质的凝胶材料，是由胶体粒子相互聚结构成的一种结构可控的轻质纳米多孔固态材料，具有连续的三维网络结构，其固体粒子以及中间的孔隙为纳米量级，孔隙率非常高，最高能达到99.8%，是当今世界上密度最小、隔绝温度效果最好的固体材料，在很多方面都表现出了优异的性能。在现有的研究当中，二氧化硅气凝胶无疑是气凝胶家族中研究最深入和最透彻的气凝胶材料之一，因此其制备工艺成熟，合成路线清楚，生产样品性质稳定，性能优越，是一种良好的粒子载体和骨架支撑体。在以往的研究中，溶胶凝胶法是最常用也是最成熟的气凝胶制备工艺，研究人员不断优化合成路线，从原料选择到制备路线甚至是干燥方法都进行了诸多探索，也都是为了寻找到一个节能、简单、快速的合成方法。在这些过程中，气凝胶的干燥无疑是其中重要的一环，常用的干燥方法包括超临界干燥、冷冻干燥和常压干燥，而自燃烧法是最近探索出来的新的气凝胶干燥方法，不仅操作方便、而且花费时间较少，制备出来的气凝胶性能高于同种条件下使用常压干燥制备的样品。 WO3是过渡金属氧化物，也是经典的n型半导体材料，因此拥有许多优异的物理化学特性，包括光致变色、气致变色、光催化、气体高敏感性等多种突出的物理化学特性。WO3相关材料存在比表面积小，催化位点少的缺点，因此找到一个合适的骨架提供充足的比表面积，从而提高氧化钨的催化等性能是一个值得考虑的方向。 本论文主要研究了通过使用二氧化硅气凝胶作为基本骨架，与氧化钨进行复合，将氧化钨连接到二氧化硅凝胶网络当中，并使用不同的干燥方法，从而制备出新型、高效的氧化钨复合材料，研究了制备工艺对气凝胶性能的影响，并探索了样品的可见光光催化性能。主要结论如下： （1）以正硅酸乙酯和过氧化钨酸作为前驱体，采用溶胶－凝胶法制备了WO3/SiO2复合凝胶，使用常压干燥法制备得到轻质、高比表面积的WO3/SiO2二氧化硅气凝胶，并对其性能进行研究。实验结果显示：使用常压干燥法制备的气凝胶具有较低的密度（0.148g/cm3），较高的孔隙率（94.28%），较高的比表面积（676m2/g），较高的孔容（2.08cm3/g），较高的疏水性（135℃）以及高的热稳定性（407.8℃），随着W比例的提升，气凝胶的比表面积和密度等相关性能有所降低，但是热稳定性提升了43℃，远高于纯二氧化硅的热分解温度340℃。 （2）在前部分的基础上，将两种前驱体回流后，使用溶胶－凝胶法制备了WO3/SiO2复合凝胶，通过燃烧干燥法制备了钨硅摩尔比1:6，1:4，1:2的WO3/SiO2复合气凝胶。实验结果显示：1）随着W含量的升高，复合气凝胶的XRD出现了较为明显的结晶峰；2）随着钨硅摩尔比从1:6提高至1:2燃烧干燥法制备的复合气凝胶的密度从0.074g/cm3提高至0.150g/cm3,比表面积、孔径疏水角等均则呈现下降的趋势，但同常压干燥法相比，其性能均更优于常压干燥法制备出来的样品，尤其是热稳定性，提高至590.8℃。3）五分钟就能全部干燥，大大提高了干燥效率，节约了成本。 （3）以亚甲基蓝为目标物，以燃烧法制备的WO3/SiO2复合气凝胶为光催化剂，探究了不同比例钨硅比的气凝胶在可见光的条件下的光催化性能。结果表明，W:Si=1:2的样品光催化降解效率能达到98%，其他两个样品均能达到90%，因此我们通过紫外吸收光谱对三个样品的带隙进行了测定，为2.27~2.45eV，远小于一般的光催化剂，因此WO3/SiO2复合气凝胶样品具有良好的光催化性能。
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