磁性可重复使用FeWO₄-WO₃复合纳米粒子的光催化活性与湿度传感器研究

摘要： 采用固相法合成了不同摩尔比（8:2、6:4、4:6和2:8）的钨酸铁-三氧化钨（FeWO4-WO3）复合纳米颗粒。通过粉末X射线衍射分析（XRD）、场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）结合能量色散X射线光谱（EDX）、透射电子显微镜（TEM）以及振动样品磁强计（VSM）对合成纳米颗粒进行表征。粉末X射线衍射分析（XRD）用于表征样品的晶体结构和粒径；场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）与透射电子显微镜（TEM）确认形貌；能量色散X射线光谱（EDX）证实纳米复合物的纯度。振动样品磁强计显示：基于制备纳米复合物中所含金属成分，样品在室温下呈现顺磁性，该磁性能源于结构缺陷而非杂质相。FWWO-46复合纳米颗粒的磁化饱和值（Ms=398.7 emu/g）足以通过施加磁场实现磁分离。 通过调节室温恒温的不同水蒸气缓冲体系，在5-98%相对湿度范围内测试复合材料的直流电导率。灵敏度因子Sf=R5%/R98%（R5%和R98%分别为不同湿度下测得的电阻值，见表I）。Sf值越大表明材料对湿度的敏感性越强。各复合纳米颗粒的灵敏度因子为：FWWO-10（473）、FWWO-82（209）、FWWO-64（323）、FWWO-46（3956）、FWWO-28（361）和FWWO-01（373）。实验数据显示FWWO-46具有最大Sf值3956，这归因于其形貌中存在更多孔隙与空腔，使其比其他复合纳米颗粒更易与水分子相互作用，且水分子的吸附/脱附行为与其他复合材料存在差异。当水分子存在于FWWO-46表面时，表现出更高电导率和灵敏度因子（Sf）。低相对湿度下，水分子在样品表面的吸附可能是电子传导的主导因素——吸附水通过增加陶瓷/水体系中的质子电荷载流子提升陶瓷表面电导率，而样品表面的孔隙结构进一步增强了导电性。在水分子初始吸附阶段，少量水蒸气分子通过解离机制化学吸附在晶粒表面形成每分子水对应两个表面羟基，该化学吸附层中的电荷传输通过跳跃机制进行，传导可能遵循格罗特斯传输机理。