復(fù)合介孔納米帶光電催化劑的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光電催化劑，尤其涉及一種高純度W03/C3N4復(fù)合介孔納米帶光電催化劑，屬于光電催化技術(shù)領(lǐng)域。
[0002]本發(fā)明中PVP指聚乙烯吡咯烷酮；TS指茶皂素；WC16指六氯化鎢。
【背景技術(shù)】
[0003]隨著全球可再生能源和可持續(xù)能源需求的日益增加，光電化學(xué)水分解產(chǎn)生氧氣和氫氣已經(jīng)被廣泛的研究。而光電催化研究的關(guān)鍵目標(biāo)仍然是開發(fā)一種新型、高效的光電催化劑，其可以有效地將水氧化形成氧氣。
[0004]在眾多光電催化劑中，三氧化鎢(WO3)因?yàn)槠浜线m的能帶隙，電子流動(dòng)性較高、資源豐富和低成本是一種很有前途的材料。然而，其光電轉(zhuǎn)換效率低和穩(wěn)定性差限制其生活生產(chǎn)中應(yīng)用。為了解決這些問題，近些年研究人員通過(guò)改性和摻雜來(lái)提高其性能，其表現(xiàn)出很好的效果。提高光生電子空穴對(duì)分離效率的方法之一是形成一個(gè)由兩種類型的半導(dǎo)體組成的復(fù)合材料。其原理是利用兩個(gè)半導(dǎo)體的導(dǎo)帶和價(jià)帶的能級(jí)差提供了適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)力來(lái)分離和轉(zhuǎn)移光生電子空穴對(duì)來(lái)光電催化效率。而氮化碳(C3N4)由于其能帶寬度為?2.7eV可以吸收波長(zhǎng)小于460nm的光，而且性能穩(wěn)定，無(wú)污染，其可以與多種半導(dǎo)體材料匹配，是理想的復(fù)合材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，提出了一種能提高光電催化性能的wo3/c3n4復(fù)合介孔納米帶光電催化劑。
[0006]本發(fā)明的目的可通過(guò)下列技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):一種高純度W03/C3N4復(fù)合介孔納米帶光電催化劑，用作光電催化劑時(shí)，wo3/c3N4復(fù)合介孔納米帶負(fù)載于載體上。
[0007]在上述的一種高純度W03/C3N4復(fù)合介孔納米帶光電催化劑中，WO 3/C3N4復(fù)合介孔納米帶負(fù)載于載體上的負(fù)載量為3-8mg/cm2。
[0008]在上述的一種高純度W03/C3N4復(fù)合介孔納米帶光電催化劑中，WO 3/C3N4復(fù)合介孔納米帶為多晶wo3/c3n4復(fù)合介孔納米帶。
[0009]在上述的一種高純度W03/C3N4復(fù)合介孔納米帶光電催化劑中，WO 3/C3N4復(fù)合介孔納米帶的孔密度為0.01-0.08cm3/g。
[0010]在上述的一種高純度W03/C3N4復(fù)合介孔納米帶光電催化劑中，WO 3/C3N4復(fù)合介孔納米帶的比表面積為8-20m2/g。
[0011 ] 在上述的一種高純度W03/C3N4復(fù)合介孔納米帶光電催化劑中，所述WO 3/C3N4復(fù)合介孔納米帶的寬為800nm?I μπι，厚為150?200nmo
[0012]在上述的一種高純度W03/C3N4復(fù)合介孔納米帶光電催化劑中，載體為導(dǎo)電材料，其中導(dǎo)電材料包括導(dǎo)電玻璃或者導(dǎo)電橡膠或者導(dǎo)電塑料或者金屬材料。
[0013]在上述的一種高純度W03/C3N4復(fù)合介孔納米帶光電催化劑中，多晶WO 3/C3N4復(fù)合介孔納米帶的制備方法為:配制前驅(qū)體紡絲液，將配制好的前驅(qū)體紡絲液經(jīng)紡絲得到前驅(qū)體納米材料后干燥，經(jīng)高溫煅燒得到高純度wo3/c3N4復(fù)合介孔納米帶。
[0014]本發(fā)明通過(guò)在前驅(qū)體紡絲液中加入g_C3N4和TS，采用靜電紡絲技術(shù)，實(shí)現(xiàn)W03/C3N4介孔納米帶的制備。
[0015]在上述的一種高純度W03/C3N4復(fù)合介孔納米帶光電催化劑中，前驅(qū)體紡絲液的配制為:將原料g_C3N4放入無(wú)水乙醇溶液中形成乳濁液，乳濁液再與N，N- 二甲基甲酰胺形成混合溶液，最后再將原料WC16、PVP, TS溶解到混合溶液中形成前驅(qū)體紡絲液。
[0016]在上述的一種高純度W03/C3N4復(fù)合介孔納米帶光電催化劑中，前驅(qū)體紡絲液配置時(shí)Ig原料g_C3N4放入150-250mL無(wú)水乙醇溶液中。
[0017]在上述的一種高純度W03/C3N4復(fù)合介孔納米帶光電催化劑中，前驅(qū)體紡絲液配置時(shí)混合溶液中乳濁液與N，N- 二甲基甲酰胺的體積比為1: (2-6)。
[0018]在上述的一種高純度W03/C3N4復(fù)合介孔納米帶光電催化劑中，前驅(qū)體紡絲液配置時(shí)每ImL混合溶液中原料WCl6的使用量為0.2-0.8g。
[0019]在上述的一種高純度W03/C3N4復(fù)合介孔納米帶光電催化劑中，前驅(qū)體紡絲液配置時(shí)每ImL混合溶液中原料PVP的使用量為0.05-0.lg。
[0020]在上述的一種高純度W03/C3N4復(fù)合介孔納米帶光電催化劑中，前驅(qū)體紡絲液配置時(shí)每ImL混合溶液中原料TS的使用量為0.1-0.2g。
[0021]在上述的一種高純度W03/C3N4復(fù)合介孔納米帶光電催化劑中，前驅(qū)體紡絲液經(jīng)靜電紡絲得到前軀體一維納米材料，其中靜電紡絲的電壓為5-10kV，陰極與陽(yáng)極之間的距離為 15_25cm0
[0022]在上述的一種高純度W03/C3N4復(fù)合介孔納米帶光電催化劑中，高溫煅燒為在煅燒溫度 450-550 °C 下煅燒 20-40min。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):
[0024]1.本發(fā)明高純度W03/C3N4復(fù)合介孔納米帶光電催化劑能實(shí)現(xiàn)光電催化性能的提尚O
[0025]2.本發(fā)明采用靜電紡絲技術(shù)，通過(guò)在前驅(qū)體紡絲液中加入g_C3N4和TS，實(shí)現(xiàn)高純度W03/C3N4復(fù)合介孔納米帶的制備。
[0026]3.本發(fā)明高純度W03/C3N4復(fù)合介孔納米帶的制備工藝簡(jiǎn)單、可控、重復(fù)性好。
【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1所制得的前驅(qū)體納米材料的掃錨電鏡圖。
[0028]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1所制得的前驅(qū)體納米材料截面的掃描電鏡圖。
[0029]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1所制得的W03/C3N4復(fù)合介孔納米帶的掃錨電鏡圖。
[0030]圖4為本發(fā)明實(shí)施例1所制得的W03/C3N4復(fù)合介孔納米帶截面的掃錨電鏡圖。
[0031]圖5為本發(fā)明實(shí)施例1所制得的W03/C3N4復(fù)合介孔納米帶高分辨倍率下的的透射電鏡圖。
[0032]圖6為本發(fā)明實(shí)施例1所制得的W03/C3N4復(fù)合介孔納米帶光電催化劑暫態(tài)下電壓-電流響應(yīng)圖譜。
[0033]圖7為本發(fā)明實(shí)施例1所制得的W03/C3N4復(fù)合介孔納米帶光電催化劑暫態(tài)下時(shí)間-電流響應(yīng)圖譜。
[0034]圖8為本發(fā)明實(shí)施例1所制得的W03/C3N4復(fù)合介孔納米帶光電催化劑暫態(tài)下時(shí)間-開路電壓變化圖譜。
[0035]圖9為本發(fā)明實(shí)施例1所制得的W03/C3N4復(fù)合介孔納米帶光電催化劑的阻抗圖譜。
[0036]圖10為本發(fā)明實(shí)施例1所制得的W03/C3N4復(fù)合介孔納米帶光電催化劑在0.5M的Na2SO4中以I kHz光照下的莫特肖特基圖譜。
【具體實(shí)施方式】
[0037]以下是本發(fā)明的具體實(shí)施例，并結(jié)合【附圖說(shuō)明】對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的描述，但本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例。
[0038]實(shí)施例1:
[0039]將2.5g原料g_C3N4放入500mL無(wú)水乙醇溶液中，利用細(xì)胞粉碎機(jī)粉碎12小時(shí)，形成乳濁液。然后取ImL的乳濁液和4mL的N，N- 二甲基甲酰胺混合形成混合溶液，再稱取0.4g的PVP緩慢的加入到混合溶液中，在室溫下攪拌2h，直至得到澄清透明的PVP溶液，再稱取2g的WCl6快速的加入到已分散好的PVP溶液中，在室溫下繼續(xù)攪拌0.5h，直到形成澄清深藍(lán)色的WC16/PVP的溶液，最后稱取0.8的TS快速地加入到已分散好的WC16/PVP的溶液中在室溫下繼續(xù)攪拌0.5h，直到形成澄清深藍(lán)色的WC16/PVP/TS的前軀體紡絲液。
[0040]將配置好的前驅(qū)體紡絲液靜置后注入塑料針管內(nèi)，并水平置于紡絲機(jī)上。金屬針頭(0.22mm)作電紡絲陽(yáng)極，鐵絲網(wǎng)作接收材料的陰極，陽(yáng)極與陰極之間的距離為20cm，在SkV高壓下進(jìn)行靜電紡絲，制備得到高純度均勻分布的有機(jī)前驅(qū)體納米材料。然后將制備得到的有機(jī)前驅(qū)體納米材料置于70°C恒溫烘干箱內(nèi)，獲得固態(tài)有機(jī)前驅(qū)體納米材料。
[0041]將固態(tài)有機(jī)前驅(qū)體納米材料置于坩禍中，在空氣氣氛下以7°C /min速度升溫，在500°C下保溫30分鐘進(jìn)行煅燒，然后隨爐冷卻，得到高純度W03/C3N4復(fù)合介孔納米帶。
[0042]最后，用作光電催化劑時(shí)，將制備好的W03/C3N4復(fù)合介孔納米帶超聲分散到乙醇溶液中，然后滴涂到導(dǎo)電玻璃上，隨后烘干，使W03/C3N4復(fù)合介孔納米帶負(fù)載于導(dǎo)電玻璃上。其中，WO3/C3N4復(fù)合介孔納米帶負(fù)載于導(dǎo)電玻璃上的負(fù)載量為5mg/cm2, WO3/C3N4復(fù)合介孔納米帶的孔密度為0.047cm3/g，比表面積為13.4m2/g，寬為800nm，厚為150nm。
[0043]如圖所示:圖1和2為實(shí)施例1所制備的前驅(qū)體試樣的典型掃描電鏡照片；圖3和4為實(shí)施例1所制備的W03/C3N4復(fù)合介孔納米帶的典型掃描電鏡照片，表明所制備的材料為規(guī)整帶狀結(jié)構(gòu)納米材料。
[0044]圖5為所制備的高純度W03/C3N4復(fù)合介孔納米帶的高分辨倍率下的透色電鏡照片，顯不所制備的材料為多晶胃03和C 3N4復(fù)合材料。
[0045]圖6和7分別為本發(fā)明應(yīng)用實(shí)施例W03/C3N4復(fù)合介孔納米帶光電催化劑暫態(tài)下電壓-電流響應(yīng)圖譜和時(shí)間-電流響應(yīng)圖譜。圖6與圖7都呈現(xiàn)出本發(fā)明應(yīng)用實(shí)施例所制得的W03/C3N4復(fù)合介孔納米帶光電催化劑相比于單組份試樣在相同條件(光照、電壓)下光電流密度明顯提高。
[0046]圖8為本發(fā)明應(yīng)用實(shí)施例W03/C3N4復(fù)合介孔納米帶光電催化劑暫態(tài)下時(shí)間-開路電壓變化圖譜，表現(xiàn)出W03/C3N4復(fù)合介孔納米帶光電催化劑相比于單組份試樣開路電壓在光照條件下是明顯趨向于負(fù)值，表明在較低的電壓條件下就可進(jìn)行光電催化反應(yīng)。
[0047]圖9為應(yīng)用實(shí)施例W03/C3N4復(fù)合介孔納米帶光電催化劑的阻抗圖譜，WO 3/C3N4復(fù)合介孔納米帶光電催化劑相比于單組份試樣半圓半徑明顯變小，表明電荷轉(zhuǎn)移阻抗顯著降低，有利于電荷轉(zhuǎn)移一高光電催化性能。
[0048]圖10為W03/C3N4復(fù)合介孔納