一種鎢酸鉍納米復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于負(fù)載型半導(dǎo)體材料的制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鎢酸鉍納米復(fù)合材料。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源危機(jī)和環(huán)境惡化已變?yōu)槿蜇酱鉀Q的問題。如何開發(fā)高效、環(huán)保、低成本的能源已變得迫不及待。太陽能作為一種理想、高效、可再生的能源已被更多研宄者所關(guān)注，故此科學(xué)家將大量的工作投入光敏化材料的制備和運(yùn)用當(dāng)中。鎢酸鉍是一種優(yōu)良的光敏化材料，由于其窄的帶系、穩(wěn)定和低價(jià)格等特點(diǎn)，已被廣泛的應(yīng)用與工業(yè)生產(chǎn)中。但是由于半導(dǎo)體超高的載流子效率，故導(dǎo)致其光電轉(zhuǎn)換效率和催化性能很低。為了進(jìn)一步提高半導(dǎo)體的載流子的分離，目前常見的方法是負(fù)載貴金屬和準(zhǔn)金屬如:氧化還原石墨稀。而負(fù)載的納米材料較純的納米材料，更能表現(xiàn)出高的光電化學(xué)性質(zhì)和催化性能。此外，這種復(fù)合材料合成方法簡單，成本較低，易于大規(guī)模生產(chǎn)。
[0003]與純的納米材料相比，納米復(fù)合材料因在電學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)上的顯著性質(zhì)而吸引了廣泛的關(guān)注。隨著納米科學(xué)與技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，納米復(fù)合材料也將會(huì)廣泛應(yīng)用于電化學(xué)傳感、產(chǎn)氫和產(chǎn)氧。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種鎢酸鉍納米復(fù)合材料，在鎢酸鉍上負(fù)載了氧化石墨烯和銀；為此，本發(fā)明還提供其制備方法和應(yīng)用。
[0005]本發(fā)明提供一種鎢酸鉍納米復(fù)合材料的制備方法，步驟如下:
(I)將Na2WO6.2H20和油酸鈉溶解在二次蒸餾水中，超聲使其形成透明的液體，標(biāo)記為A ;之后將Bi (NO3)3.5H20、lmg/mL的氧化石墨烯(GO)和二次蒸餾水混合，超聲形成棕色均勻的液體，標(biāo)記為B ;然后將A、B混合攪拌，待均勻后將其轉(zhuǎn)移至密封的耐高壓反應(yīng)釜中反應(yīng)，冷卻，過濾得沉淀，將沉淀洗滌干燥后，得到黑色的rG0/Bi2W06納米復(fù)合材料；
(2 )將步驟(I)得到的rG0/Bi2W06m米復(fù)合材料分散到無水乙醇中，將硝酸銀溶解在有機(jī)溶劑中，將二者混合，在氙燈下照射，得到銀負(fù)載的rG0/Bi2W06/Ag納米復(fù)合材料。
[0006]在本發(fā)明的rG0/Bi2W06/Ag納米復(fù)合材料中，Ag不僅可以促使載流子的分離，還可以自身被敏化，進(jìn)而具有催化的能力。
[0007]優(yōu)選地，每30mL 二次蒸餾水和1ml氧化石墨烯中油酸鈉的加入量為2.2mM，Na2WO6.2H20 的加入量為 0.4mM，Bi (NO3)3.5H20 的加入量為 0.4mM ;每 120mgrG0/Bi2W06納米復(fù)合材料中，硝酸銀為0.000014molo
[0008]在上述條件下制備得到的復(fù)合材料性能(光催化性等)最佳。
[0009]優(yōu)選地，步驟(I)中所述在耐高壓反應(yīng)釜中水熱反應(yīng)的反應(yīng)溫度為160 °C，水熱反應(yīng)時(shí)間為18小時(shí)。
[0010]水熱反應(yīng)的目的是簡單快捷的創(chuàng)造一個(gè)高溫高壓的環(huán)境，便于材料結(jié)晶度的增加和好的形貌。而選擇在160°C下反應(yīng)既是為了充分反應(yīng)，又是為了提高鎢酸鉍結(jié)晶度，因?yàn)殒u酸鉍在130°C下結(jié)晶度很低。
[0011]優(yōu)選地，步驟(I)中將沉淀洗滌是將沉淀依次用正己烷和無水乙醇洗滌。
[0012]正己烷是為了除去混合液中的油酸鈉，無水乙醇是為了出去多余的正己烷。
[0013]優(yōu)選地，步驟(I)中氧化石墨烯的制備方法為:在每1.5g石墨粉中加入濃硫酸和濃磷酸的混合液200ml，其中濃硫酸和濃磷酸的體積比為9:1，邊攪拌邊加入高錳酸鉀
9.0g，在50°C下攪拌12h，攪拌完成后，向其中加入過氧化氫6ml，用二次蒸餾水洗滌使其pH=7，然后加入10ml乙醇，超聲5小時(shí)制備得到氧化石墨烯。
[0014]優(yōu)選地，步驟(2)中所述有機(jī)溶劑為乙二醇。
[0015]這里的乙二醇是一種犧牲劑。而常用的犧牲劑有甲醇，乙醇，乙二醇等。乙二醇因不易揮發(fā)和能夠更好的給出電子而被選用。
[0016]優(yōu)選地，步驟(2)中在氙燈下照射是在150w氙燈下照射30分鐘。
[0017]首先光還原沉積Ag是一種綠色環(huán)保的方法。其次光照以后鎢酸鉍被激發(fā)產(chǎn)生電子和空穴，故電子和空穴會(huì)很快的轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體的表面，而溶液中的Ag+會(huì)捕獲光生電子而變?yōu)锳g單質(zhì)，這樣電子會(huì)被消耗從而抑制了電子和空穴的復(fù)合，進(jìn)一步的促進(jìn)了光催化效率。而選擇30min是因?yàn)榇藯l件下光還原沉積的Ag的量是合適。否則時(shí)間長了 Ag的量會(huì)很多，會(huì)削弱鎢酸鉍本身的光捕獲位點(diǎn)，進(jìn)而降低光催化效率，而時(shí)間短了 Ag的量會(huì)很少，起不到電子和空穴分離的效果。
[0018]優(yōu)選地，步驟(2)中得到銀負(fù)載的rG0/Bi2W06/Ag納米復(fù)合材料后，依次用二次蒸餾水和無水乙醇洗滌。
[0019]本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供應(yīng)用上述方法制備得到的鎢酸鉍納米復(fù)合材料。
[0020]本發(fā)明的第三個(gè)目的是提供一種光催化劑，其有效成分為上述鎢酸鉍納米復(fù)合材料。
[0021]本發(fā)明的第三個(gè)目的是提供上述鎢酸鉍納米復(fù)合材料在制備光催化劑和光催化降解染料中的應(yīng)用。
[0022]在納米復(fù)合材料中，rG0/Bi2W06/Ag的納米材料具有好的光催化性降解能力。與此同時(shí)，rG0/Bi2W06/Ag納米復(fù)合材料有望用于光合作用的產(chǎn)氧過程。
[0023]本發(fā)明成功地將Ag負(fù)載于rG0/Bi2W(U:，此過程既促進(jìn)了 Bi 2W06的光生載流子的分離又延長載流子的壽命，與此同時(shí)由于銀粒子具有分離載流子和表面等離子共振的作用，從而進(jìn)一步提高了光催化性能，因此該復(fù)合材料具有較好的光電化學(xué)性質(zhì)和較強(qiáng)的光催化性能。
【附圖說明】
[0024]附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中:
圖1為本發(fā)明的Bi2W06、rG0/Bi2W06、rG0/Bi2W06/Ag納米材料的紫外圖；
圖2為本發(fā)明的rG0/Bi2W06/Ag納米復(fù)合材料的掃描電子顯微鏡圖；
圖3為本發(fā)明的rG0/Bi2W06/Ag納米材料的EDS圖譜；
圖4為本發(fā)明的Bi2W06、rG0/Bi2W06、rG0/Bi2W06/Ag納米材料的阻抗圖； 圖 5 為本發(fā)明的 Bi2W06、RG0/Bi2W06、RG0/Bi2W06/Ag 納米材料的 i_t curve。
【具體實(shí)施方式】
[0025]以下的實(shí)施例便于更好地理解本發(fā)明，但并不限定本發(fā)明。下述實(shí)施例中的實(shí)驗(yàn)方法，如無特殊說明，均為常規(guī)方法。
[0026]實(shí)施例1
本發(fā)明的鎢酸鉍納米復(fù)合材料的制備方法如下:
(I)稱量0.4mM Na2WO6.2H20和2.2mM的油酸鈉，分別溶解在20mL 二次蒸餾水中，之后超聲使其溶解形成透明的液體標(biāo)記為A液；再次稱量0.4mM Bi (NO3) 3.5H20，加入1mL分散好的質(zhì)量濃度為lmg/mL的氧化石墨烯(G0)，并加入1ml的二次蒸餾水超聲使其形成棕色均勻的液體標(biāo)記為B液，之后將A、B混合攪拌3小時(shí)。其中Na2WO6.2H20為鎢源，Bi (NO3) 3.5Η20為鉍源。然后將上述混合液體轉(zhuǎn)移至密封的耐高壓反應(yīng)釜中，將耐高壓反應(yīng)釜放入烘箱中，控制反應(yīng)溫度為160°C，水熱反應(yīng)18小時(shí)后，取出反應(yīng)蓋，冷卻30分鐘。用45 μπι的混合纖維素膜過濾得到黑色沉淀，所得沉淀依次用正己烷和無水乙醇洗滌數(shù)次后，在60°C干燥6小時(shí)，得到黑色的rG0/Bi2W0