[发明专利]一种钨酸铋纳米复合材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于负载型半导体材料的制备技术领域，具体涉及一种钨酸铋纳米复合材料。

背景技术

    随着社会和经济的快速发展，能源危机和环境恶化已变为全球亟待解决的问题。如何开发高效、环保、低成本的能源已变得迫不及待。太阳能作为一种理想、高效、可再生的能源已被更多研究者所关注，故此科学家将大量的工作投入光敏化材料的制备和运用当中。钨酸铋是一种优良的光敏化材料，由于其窄的带系、稳定和低价格等特点，已被广泛的应用与工业生产中。但是由于半导体超高的载流子效率，故导致其光电转换效率和催化性能很低。为了进一步提高半导体的载流子的分离，目前常见的方法是负载贵金属和准金属如：氧化还原石墨烯。而负载的纳米材料较纯的纳米材料，更能表现出高的光电化学性质和催化性能。此外，这种复合材料合成方法简单，成本较低，易于大规模生产。

与纯的纳米材料相比，纳米复合材料因在电学、光学、热学上的显著性质而吸引了广泛的关注。随着纳米科学与技术的进一步发展，纳米复合材料也将会广泛应用于电化学传感、产氢和产氧。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种钨酸铋纳米复合材料，在钨酸铋上负载了氧化石墨烯和银；为此，本发明还提供其制备方法和应用。

本发明提供一种钨酸铋纳米复合材料的制备方法，步骤如下：

（1）将Na₂WO₆·2H₂O和油酸钠溶解在二次蒸馏水中，超声使其形成透明的液体，标记为A；之后将Bi(NO₃)₃·5H₂O、1mg/mL的氧化石墨烯（GO）和二次蒸馏水混合，超声形成棕色均匀的液体，标记为B；然后将A、B混合搅拌，待均匀后将其转移至密封的耐高压反应釜中反应，冷却，过滤得沉淀，将沉淀洗涤干燥后，得到黑色的rGO/Bi₂WO₆纳米复合材料；

（2）将步骤（1）得到的rGO/Bi₂WO₆纳米复合材料分散到无水乙醇中，将硝酸银溶解在有机溶剂中，将二者混合，在氙灯下照射，得到银负载的rGO/Bi₂WO₆/Ag纳米复合材料。

在本发明的rGO/Bi₂WO₆/Ag纳米复合材料中，Ag不仅可以促使载流子的分离，还可以自身被敏化，进而具有催化的能力。

优选地，每30mL二次蒸馏水和10ml氧化石墨烯中油酸钠的加入量为2.2mM，Na₂WO₆·2H₂O的加入量为0.4mM，Bi(NO₃)₃·5H₂O的加入量为0.4mM；每120mgrGO/Bi₂WO₆纳米复合材料中，硝酸银为0.000014mol。

在上述条件下制备得到的复合材料性能（光催化性等）最佳。

优选地，步骤（1）中所述在耐高压反应釜中水热反应的反应温度为160℃，水热反应时间为18小时。

水热反应的目的是简单快捷的创造一个高温高压的环境，便于材料结晶度的增加和好的形貌。而选择在160℃下反应既是为了充分反应，又是为了提高钨酸铋结晶度，因为钨酸铋在130℃下结晶度很低。

优选地，步骤（1）中将沉淀洗涤是将沉淀依次用正己烷和无水乙醇洗涤。

正己烷是为了除去混合液中的油酸钠，无水乙醇是为了出去多余的正己烷。

优选地，步骤（1）中氧化石墨烯的制备方法为：在每1.5g石墨粉中加入浓硫酸和浓磷酸的混合液200ml，其中浓硫酸和浓磷酸的体积比为9:1，边搅拌边加入高锰酸钾9.0g，在50℃下搅拌12h，搅拌完成后，向其中加入过氧化氢6ml，用二次蒸馏水洗涤使其pH=7，然后加入100ml乙醇，超声5小时制备得到氧化石墨烯。

优选地，步骤（2）中所述有机溶剂为乙二醇。

这里的乙二醇是一种牺牲剂。而常用的牺牲剂有甲醇，乙醇，乙二醇等。乙二醇因不易挥发和能够更好的给出电子而被选用。

优选地，步骤（2）中在氙灯下照射是在150w氙灯下照射30分钟。