[发明专利]一种二硫化钨量子点/C掺杂类石墨相氮化碳纳米片异质结构光催化剂及其制备方法

说明书

本发明涉及一种WSsubgt;2/subgt;量子点/C掺杂g‑Csubgt;3/subgt;Nsubgt;4/subgt;纳米片异质结构光催化剂的制备方法，包括：(1)C掺杂g‑Csubgt;3/subgt;Nsubgt;4/subgt;纳米片的制备：碳源与碳氮源混合并进行煅烧，制得C掺杂g‑Csubgt;3/subgt;Nsubgt;4/subgt;，煅烧后进行研磨，研磨后再次煅烧，制得C掺杂g‑Csubgt;3/subgt;Nsubgt;4/subgt;纳米片；(2)WSsubgt;2/subgt;量子点的制备：将钨源与硫源混合超声，转入高压反应釜反应，制得WSsubgt;2/subgt;量子点；(3)将WSsubgt;2/subgt;量子点与C掺杂g‑Csubgt;3/subgt;Nsubgt;4/subgt;纳米片混合超声，得到WSsubgt;2/subgt;量子点/C掺杂g‑Csubgt;3/subgt;Nsubgt;4/subgt;纳米片异质结构光催化剂。还公开了上述方法制得的WSsubgt;2/subgt;量子点/C掺杂g‑Csubgt;3/subgt;Nsubgt;4/subgt;纳米片异质结构光催化剂在光催化析氢方面的应用。

技术领域

本发明涉及一种光催化材料，具体涉及一种WS₂量子点/C掺杂g-C₃N₄纳米片异质结构光催化剂的制备方法，属于材料合成技术领域。

背景技术

随着人类社会的发展，汽车、轮船、飞机等交通工具的出现和普及，以及工业制造的规模化，地球上的化石能源不断被消耗，石油、天然气等化石能源并不是取之不尽用之不竭的，能源危机以已经成为人类面临的严峻问题。因此，开发新能源刻不容缓。半导体材料吸收太阳能可以裂解水产生氢气，光催化技术在利用太阳能制造清洁能源(氢能)等领域显示了广阔的应用前景。

类石墨相氮化碳(g-C₃N₄)被认为是具有巨大潜力的光催化剂材料，因为它可以吸收太阳光谱中小于460nm的蓝紫光，其导带和价带跨过了水的氧化还原窗口，理论上可以在可见光下实现水的全分解，带隙(2.7eV)窄，热、化学稳定性好，成本低，易于制备。然而，g-C₃N₄存在比表面积小、光生电子和空穴复合率高以及不能充分利用太阳光中可见光部分的能量等问题，导致其在实际应用中仍存在很多困难。为了提高g-C₃N₄的光催化活性，常采用元素掺杂、纳米化改性、与其他材料复合形成异质结结构等方法抑制光生电子空穴对的复合、拓宽光谱响应范围。元素掺杂一般导致g-C₃N₄中的C、N等元素被金属元素或者非金属元素所取代，从而达到光生电子-空穴对高效分离的效果，最终导致光催化性能的提高。

WS₂是一种带隙为1.35eV半导体材料，它的光吸收区域扩展到了910nm，并且和g-C₃N₄类似，也是一种层状结构材料，WS₂纳米片具有很高的紫外和可见光光催化活性，它是一种独特的全太阳光谱光催化剂。此外，WS₂可以作为助催化剂来替代Pt等贵金属用于光催化析氢反应。与WS₂纳米片相比，WS₂量子点提供更大的表面积，更丰富的活性位点，更短的电荷扩散距离和更强的光生电子和空穴的的氧化还原能力。由于强大的量子约束效应和减少的共轭长度，与WS₂纳米片相比，WS₂量子点的带隙大大增加，这对光催化析氢反应是有利的，本发明人首次合成了WS₂量子点/C掺杂g-C₃N₄纳米片异质结构光催化剂，制备方法操作简单，能耗低，反应条件温和，绿色环保，具有良好的光催化析氢能力，产氢速率是原始g-C₃N₄材料的300多倍。

发明内容