[发明专利]一种超薄2D WO3

说明书

本发明提供了一种超薄2D WO₃/g‑C₃N₄Z型异质结光催化剂的制备方法，包括如下步骤：S1，制备超薄2D WO₃纳米片；S2，制备超薄2D g‑C₃N₄纳米片；和S3，通过2D WO₃纳米片和2D g‑C₃N₄纳米片制备超薄2D WO₃/g‑C₃N₄Z型异质结光催化剂。本发明还提供了一种超薄2D WO₃/g‑C₃N₄Z型异质结光催化剂，包括2D WO₃和2D g‑C₃N₄，其中2D WO₃和2D g‑C₃N₄的质量比为1‑3：10。本发明提供的2D WO₃/g‑C₃N₄异质结光催化剂的Z型能带结构提高了光催化的效率，同时面对面接触的2D/2D异质结可以表现出大的界面接触面积和更小的界面电阻，提高了电荷转移效率，由此进一步提高光催化的性能和稳定性。

技术领域

本发明涉及环保和能源功能材料领域，特别地，涉及一种超薄2D WO₃/g-C₃N₄Z型异质结光催化剂及其制备方法。

背景技术

光催化产氢已被认为是将低密度的太阳能转化为直接可用的化学能最有前途的途径之一。然而，单一的半导体光催化剂由于光生电荷载流子高的复合几率很难达到高的光催化活性。构建合适的异质结系统是解决这个问题的有效途径之一。一般来说，高效异质结光催化剂的设计主要集中在两个关键点上。一是两个半导体光催化剂的合适的能带交错布置，另一个是两个半导体之间理想的界面用作高效电荷转移/分离。

自从Wang等人首先报道了g-C₃N₄用于光催化分解水产氢，g-C₃N₄光催化剂由于其窄带隙，可见光响应，较负的导带位置，简单可行的合成方法，以及特殊的二维(2D)层状结构收到了广泛研究。然而，纯g-C₃N₄的光催化性能还远未达到实际要求。一系列和g-C₃N₄具有能带交错结构的半导体均被用来和g-C₃N₄复合构建g-C₃N₄基异质结构光催化剂。例如TiO₂/g-C₃N₄，ZnO/g-C₃N₄，WO₃/g-C₃N₄，CdS/g-C₃N₄，ZnIn₂S₄/g-C₃N₄，BiOI/g-C₃N₄。在这些II型异质结的界面处，光生电子将从更负的价带(CB)转移到更正的CB，而光生空穴将从更正的价带(VB)转移到更负的VB。在这种g-C₃N₄基II型异质结中，这种典型的电荷转移方式大大降低了电子和空穴的还原氧化能力，然后从热力学角度降低了光催化活性。近年来，一种直接Z型电荷转移机理已经被用于解释异质结间光生电荷分离。简而言之，分别来自于两个半导体的较正导带位置的电子和较负价带位置的空穴在异质结界面处发生复合。从而，更负的CB中的剩余光生电子和更正VB中的剩余光生空穴同时保留下来，他们具有最佳的还原氧化能力，参与到光催化氧化还原反应提升其性能。如我们所知，具有较负CB位置的半导体光催化剂可被认为是良好的还原型光催化剂，而具有较正VB位置的半导体光催化剂可被认为是良好的氧化型光催化剂。将还原型和氧化型光催化剂复合成Z型异质结，可以充分利用两者高的还原和氧化能力，从而大大提升光催化性能。如上所述，g-C₃N₄是典型的还原型光催化剂，寻找合适的与g-C₃N₄交错能带排列的氧化型半导体光催化剂来设计基于g-C₃N₄的直接Z型异质结光催化剂仍然是具有重要意义的。