[发明专利]一步法制备铜掺杂三氧化钨复合纳米纤维材料

说明书

本发明公开了一步法制备铜掺杂三氧化钨复合纳米纤维材料，包括如下步骤：S1.将偏钨酸铵溶于水，加入聚乙烯吡咯烷酮和铜盐溶液，搅拌得到前驱体溶液；S2.将S1中前驱体溶液进行静电纺丝，得到初纺纤维；S3.将S2中制备得到的初纺纤维煅烧后得到所述材料；本发明提供的方法简单易行，参数可精确控制，成本低廉，绿色环保；制得的铜掺杂三氧化钨复合纳米纤维直径分布均匀，长径比大，形貌稳定，同时铜的掺杂极大地提高了三氧化钨的光催化降解性能，还具备优异的降解苯胺性能，在水体污染领域内具有极大的应用前景。

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，更具体地，涉及一步法制备铜掺杂三氧化钨复合纳米纤维材料。

背景技术

由于人类文明的不断进步，环境污染问题日益严重，包括水污染问题，有害气体污染问题等。这些环境问题都与人类生活有着密不可分的关系，并不断威胁着人类的生存安全。因此，寻找解决这些环境问题的有效方法，已经成为刻不容缓的重大课题。光催化技术的出现为解决水污染问题提供了良好的途径，其具有利用光能进行降解的能力，避免了能源的损耗，并且可以将有机污染物分解为水和二氧化碳等无害物质，可以有效解决水污染中的有机污染问题。

近年来，三氧化钨作为过渡金属氧化物的一员，氧化钨(WO₃)是一种间接带隙n型半导体材料，其禁带宽度是2.2-2.8eV，对于可见光有很好的吸收，因此是一种非常具有发展潜力的半导体光催化剂。但是单纯的三氧化钨光催化活性比较低，存在易光腐蚀，对可见光利用率低等缺陷，很难获得稳定高效的光催化能力。可以通过掺杂铁、铜等金属来一直电子-空穴对的复合，大大提高其光催化活性。

静电纺丝技术是一种用于快速简单制备纳米纤维的方法，制造装置简单、纺丝成本低廉、可纺物质种类繁多、工艺可精确控制，不仅在实验室研究方面有很大的进展，产业化潜力也非常巨大。因此静电纺丝法批量制备三氧化钨纳米纤维并将其用作光催化剂有很大的工业价值和社会意义。

利用静电纺丝技术一步制备铜掺杂的三氧化钨复合纳米纤维，既可以精确控制参数批量生产，又可以三氧化钨进行铜掺杂改性，一举两得，有很大的产业化潜力。

发明内容

本发明的目的在于提供了一步法制备铜掺杂三氧化钨复合纳米纤维材料。

具体地，本发明目的是设计和提供一种对静电纺三氧化钨纳米纤维进行铜掺杂的改性方法，用以提高三氧化钨纳米纤维的光催化性能，并将制得的光催化剂用于降解苯胺溶液。

本发明提供的铜离子掺杂三氧化钨纳米纤维材料不仅用于罗丹明等染料试剂的光催化降解，同时可以直接应用于降解苯胺溶液。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

本发明提供了一步法制备铜掺杂三氧化钨复合纳米纤维材料，包括如下步骤：

S1.将偏钨酸铵溶于水，加入聚乙烯吡咯烷酮和铜盐，搅拌得到前驱体溶液；

S2.将S1中前驱体溶液进行静电纺丝，得到初纺纤维；

S3.将S2中制备得到的初纺纤维煅烧后得到所述材料；

S1中，偏钨酸铵与水的固液比为（0.2~0.6）：1；所述聚乙烯吡咯烷酮的分子量为（1~2）×10⁶；聚乙烯吡咯烷酮与水的固液比为（0.1~0.3）：1；

S2步骤静电纺丝中，电压为20~30KV，接收距离为12~15cm，推进速度为0.01~0.2ml/min；铜相对于铜掺杂三氧化钨复合纳米纤维材料的质量分数为1%~5%。

本发明以偏钨酸铵和氯化铜为主要原料，利用静电纺丝法一步制备铜掺杂三氧化钨复合纳米纤维并将其作为光催化剂进行应用。

优选地，铜相对于三氧化钨的质量分数为2%。