[发明专利]碳掺杂超薄钨酸铋纳米片光催化材料及其制备方法

说明书

本发明涉及碳掺杂超薄钨酸铋纳米片光催化材料及其制备方法。碳掺杂改性的超薄钨酸铋纳米片光催化材料，其特征在于：掺杂有碳，由有一定程度弯曲团聚的超薄片状钨酸铋纳米片堆积而成。本发明提供的新型可见光响应碳掺杂超薄钨酸铋纳米片光催化材料为片状结构，具有更多的活性位点和高比表面积，CO₂捕获能力、可见光响应和电荷转移能力优异，光生电子‑空穴对复合效率低，太阳能利用率大大提高，用于CO₂光催化还原，可明显提高其光催化还原CO₂活性。

技术领域

本发明涉及二维材料制备和能源环境技术领域，具体的是涉及碳掺杂的超薄钨酸铋纳米片光催化材料及其制备方法。

背景技术

目前，化石燃料占全球能源来源的80％以上，并且它的持续使用会导致地球大气中二氧化碳水平的持续上升，为实现经济和社会的可持续发展，我们急需寻找新的清洁能源，而人工光合作用，能够在室温和常压下，在光照的作用下通过光催化剂直接将水和CO₂转换为可再生的烃类清洁燃料，被认为是一种最有前途的和令人信服的解决能源和环境问题的方法。许多光催化，诸如TiO₂，ZnO，CdS等半导体已经被应用于研究光催化还原CO₂领域。在过去的几十年里，Bi₂WO₆因其特殊的层状结构良好的化学和热稳定性以及良好的光电性能，作为一种光催化剂，被广泛的应用于染料，酚类等有机污染物的降解研究，在最近几年的研究中，由于钨酸铋具有更负的可用于还原CO₂的导带位置，研究人员开始将其应用于CO₂还原的研究中，并取得一定成功。尽管钨酸铋具有这些优点，但是还是存在CO₂光催化还原效率低下的问题，这主要是由于其低导电性和很低的暴露面活性位点。因此，制备具有丰富活性位点和良好的导电性的半导体光催化剂，能够理想地和有效地将CO₂还原为烃类清洁燃料，是一种非常可行的途径。二维材料因具有很大的比表面积和丰富的活性位点以及良好的导电性，被广泛用于光催化研究，因此将材料向着二维方向制备是一种很好的提高材料光催化性能的途径。在光催化材料改性制备的众多途径中，对半导体材料进行掺杂，增加材料光响应范围，提高材料的太阳光利用率，降低半导体材料的光生电子/空穴对的复合效率，是重要的光催化材料改性技术。

发明内容

本发明提供了一种碳掺杂的超薄钨酸铋纳米片光催化材料及其制备方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

碳掺杂改性的超薄钨酸铋纳米片光催化材料，其掺杂有碳，由有一定程度弯曲团聚的超薄片状钨酸铋纳米片堆积而成。

按上述方案，钨酸铋纳米片的片状尺寸为1-2μm左右。

碳掺杂改性的超薄钨酸铋纳米片光催化材料的制备方法，包括有以下步骤:

1)将Na₂WO₄和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶于蒸馏水中形成均匀溶液；

2)将Bi(NO₃)₃粉末倒入步骤1)所得溶液中，快速搅拌直到溶液变为乳白色，将所得到的溶液水热反应，所得沉淀后处理得到超薄钨酸铋纳米片；

3)将步骤2)所得到的含残余CTAB的超薄钨酸铋纳米片置于管式炉中在缺氧或无氧条件热处理，即得到碳掺杂的超薄钨酸铋纳米片光催化材料。

按上述方案，水热反应体系中CTAB的浓度为0.5-0.7mg/mL。

按上述方案，步骤1)所述的CTAB：W的摩尔比为0.8-1.2:7。

按上述方案，步骤2)所述的搅拌时间为1h以上。

按上述方案，步骤2)所述的W：Bi的摩尔比为1:2。