[发明专利]一种p-n异质结型氧化铜-氧化钨材料及制备方法与应用

说明书

本发明提供一种p‑n异质结型氧化铜‑氧化钨材料及制备方法与应用，属于功能材料、光催化材料制备技术领域。一种p‑n异质结型氧化铜‑氧化钨材料，由单斜晶系的氧化铜纳米颗粒负载在六方晶系的氧化钨纳米线表面而成，包括以下步骤：（1）将乙酸铵、二水合钨酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、乙酸溶解得混合溶液，进行水热反应，得到氧化钨纳米线；（2）将氧化钨纳米线、铜源、氨水加入水中，在冰水浴搅拌条件下加入硼氢化钠，得到氧化铜‑氧化钨复合材料。通过冰水浴法成功合成了p‑n异质结型的氧化铜‑氧化钨复合材料，复合材料化学式为CuO‑WO₃,所制备的复合材料中氧化铜纳米颗粒均匀的负载在氧化钨纳米线的表面，形成有效接触，稳定性高。

技术领域

本发明属于功能材料、光催化材料制备技术领域，具体涉及一种p-n异质结型氧化铜-氧化钨材料及制备方法与应用。

背景技术

近年来，太阳能的利用一直被视为是解决环境危机和能源短缺问题的潜在途径。光催化技术也被广泛的应用于光解水制氢，有机污染物降解以及二氧化碳还原为烃类燃料。其中，二氧化碳光还原一方面可以有效减少二氧化碳排放抑制温室效应的继续恶化，另一方面可以提供碳氢燃料以满足能源需求。然而，在光催化二氧化碳还原过程中，由于C=O键具有较高的解离能（~750kJ / mol），因此，需要相对高的能量输入才能实现CO₂转化为烃类燃料，这使得二氧化碳光还原表现出较低的效率，合适的半导体光催化剂仍需探索。在各种光催化剂中，氧化钨作为一种可见光响应光催化剂，带隙值约为2.4~2.8eV，已被广泛研究。因其具有强的光吸收，稳定的物理化学性质以及其低导带电势可以抑制与CO₂还原竞争的H⁺还原反应而被认为是一种很有前途的半导体光催化剂。其中，一维氧化钨，由于其一维结构有利于载流子传输。然而，氧化钨具有相对低的导带电位的特征，使得光生电子表现出较弱的还原性，因此会在一定程度上抑制CO₂还原反应的发生。单一的氧化钨光催化活性有限，催化效率低，并且单一的氧化钨保存时对环境有要求，不能在碱性的环境保存，不利于氧化钨长效发挥催化作用。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种p-n异质结型氧化铜-氧化钨材料及制备方法与应用，通过冰水浴法成功合成了p-n异质结型的氧化铜-氧化钨复合材料，复合材料化学式为CuO-WO₃,所制备的复合材料中氧化铜纳米颗粒均匀的负载在氧化钨纳米线的表面，形成有效接触，稳定性高，制备的材料的光催化能力强。

本发明为一种p-n异质结型氧化铜-氧化钨材料，所述复合材料由单斜晶系的氧化铜纳米颗粒负载在六方晶系的氧化钨纳米线表面而成，所述氧化铜的粒径为20~30nm，氧化钨为纳米线状结构。

氧化铜作为一种p-型半导体，带隙为1.35~1.7eV，价带位置接近CO₂/O₂电势，由于其电子-空穴易于重组，在光催化中常被作为助催化剂用于提升其他半导体光催化性能。氧化铜作为助催化剂用于修饰氧化钨，两者之间匹配的价带导带位置可构建p-n结，实现载流子的有效利用。在复合材料的构建过程中，氧化铜纳米颗粒与氧化钨纳米线之间的均一且紧密的接触，以及两者之间异质结的成功构筑，促进了光子的吸收，实现了光生载流子的高效分离，从而在光照射下表现出较好的光催化性能。

基于前文所述的一种p-n异质结型氧化铜-氧化钨材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）氧化钨纳米线的合成，将乙酸铵、二水合钨酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、乙酸加入到水中溶解得混合溶液（其中二水合钨酸钠作为钨源，乙酸铵作为形貌调控剂促进线状结构形成，聚乙烯吡咯烷酮作为分散剂起到阻聚作用，乙酸提供酸性环境生成氧化钨），乙酸铵、二水合钨酸钠的摩尔比为0.5-4:1，200-250℃进行水热反应，反应时间为8-10h，水热反应结束后经离心、洗涤、干燥、冷却，得到氧化钨纳米线；