[发明专利]一种形貌和组成可控的WO3纳米片/g‑C3N4纳米复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光催化剂领域，具体涉及一种含有WO₃纳米片和类石墨相氮化碳(g-C₃N₄)的光催化剂WO₃/g-C₃N₄纳米复合材料的制备技术，特别涉及一种形貌和组成可控的WO₃/g-C₃N₄纳米复合材料的制备技术。本发明合所制备的WO₃/g-C₃N₄纳米复合材料为光催化剂，用于光降解甲基橙(MO)取得了很好的催化效果。

背景技术

半导体光催化通过直接利用太阳光来驱动一系列重要的化学反应，将低密度的太阳能转化为高密度的化学能或直接降解和矿化有机污染物，在解决能源短缺和环境污染等方面表现出巨大的潜力(G.Zhou,et al.Well-Steered Charge-Carrier Transfer in 3D Branched CuxO/ZnO@Au Heterostructures for Efficient Photocatalytic Hydrogen Evolution,ACS Appl.Mater.Interfaces,2015,7,26819-26827；N.Zhang,et al.Waltzing with the Versatile Platform of Graphene to Synthesize Composite Photocatalysts,Chem.Rev.2015,115,10307-10377.)。与TiO₂相比，半导体金属氧化物WO₃具有较小的禁带宽度和较大的光吸收范围，可以更有效地利用占太阳光，并且在恶劣条件下有着良好的稳定性，所以在光催化、气敏性、电致变色和光致变色等方面均有广泛的应用(J.Zhao,Z.Ji,X.Shen,H.Zhou,L.Ma,Facile synthesis of WO₃nanorods/g-C₃N₄composites with enhanced photocatalytic activity,Ceram.Int.,41(2015)5600-5606.)。另外，本专利申请者注意到超薄二维结构材料由于其结构高度各向异性所表现出的量子限域效应和表面效应，不但较体相材料物质本征性质增强，也可能产生相应体相材料所不具有的新性质(Y.F.Sun,et al.Atomically-thick two-dimensional crystals:electronic structure regulation and energy device construction.Chem Soc Rev,43(2014)530-546；Y.Sun,et al.Atomically-thin two-dimensional sheets for understanding active sites in catalysis,Chem.Soc.Rev.,44(2015)623-636；Y.Sun,et al.UltrathinTwo-Dimensional Inorganic Materials:New Opportunities for Solid State Nanochemistry,Accounts Chem Res.48(2015)3-12.)。制备片状WO₃的方法很多，例如高温阳极法，机械剥离法，溶剂热法，以及酸刻蚀等，但是这些方法要么繁琐复杂，要么制备的纳米片太厚(>20nm)而导致光生电子难以到达WO₃的表面，从而降低了催化活性(X.Chen,et al.Ultrathin,Single-Crystal WO₃Nanosheets by Two-Dimensional Oriented Attachment toward Enhanced Photocatalystic Reduction of CO₂into Hydrocarbon Fuels under Visible Light,ACS Appl.Mater.Interfaces,4(2012)3372-3377.)。另外，纯的WO₃本身光催化活性比较低，主要是因为WO₃的导带位置比较低，不能够把O₂还原成O₂·^-(L.Cui,et al.Facile preparation of Z-scheme WO₃/g-C₃N₄composite photocatalyst with enhanced photocatalytic performance under visible light,Appl.Surf.Sci.391(2017)202–210)，与其他材料复合是提高WO₃光催化活性的主要办法之一。此外，WO₃原料价格比较贵，这些因素都限制了WO₃在工业中的应用。因此，用简易的方法采用比较便宜的原料来制备高效的WO₃纳米复合光催化剂，就显得很迫切了。