復(fù)合光催化材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于納米復(fù)合材料和環(huán)境治理中光催化技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種制備WO3/g-C3N4復(fù)合光催化材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，能源和環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)重，引起了全球范圍的廣泛重視。半導(dǎo)體光催化技術(shù)，因其反應(yīng)條件溫和，無(wú)二次污染，以及利用太陽(yáng)能為驅(qū)動(dòng)力，在新能源的開(kāi)發(fā)和有機(jī)污染物光降解方面具有巨大的潛在價(jià)值。然而，目前制約光催化材料在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用的主要原因是太陽(yáng)能利用率低、光催化劑穩(wěn)定性不夠從而無(wú)法長(zhǎng)期循環(huán)利用。因此，為了更好的利用太陽(yáng)能，制備出高效、穩(wěn)定的可見(jiàn)光催化材料對(duì)解決目前的能源和環(huán)境問(wèn)題具有重大意義。
[0003]近來(lái)，不含金屬元素的聚合物石墨相氮化碳(g-C3N4)作為一種新型的可見(jiàn)光響應(yīng)半導(dǎo)體材料，在光催化制氫和光催化降解廢水等方面顯示了良好的應(yīng)用前景。它主要由C和N兩種非金屬元素組成，石墨相氮化碳與石墨的結(jié)構(gòu)相似，具有堆積的二維結(jié)構(gòu)，通常被認(rèn)為是石墨中的碳原子被氮原子所取代而形成的J1-Ji共軛體系的平面結(jié)構(gòu)。盡管石墨相氮化碳作為光催化材料具有對(duì)可見(jiàn)光響應(yīng)、化學(xué)穩(wěn)定性好;但單一的g_C3N4光催化性能不高，因此需要采取一些方法來(lái)進(jìn)一步增強(qiáng)g_C3N4的光催化活性，半導(dǎo)體復(fù)合是提高光催化活性和穩(wěn)定性的有效策略，它是將具有不同導(dǎo)帶和價(jià)帶的半導(dǎo)體進(jìn)行復(fù)合，利用它們匹配的能帶位置，有效地分離光生電荷載流子，延長(zhǎng)光生載流子的壽命，提高光催化活性。
[0004]由于g-C3N4與WO3兩者之間具著匹配的能帶結(jié)構(gòu)，二者形成復(fù)合材料在光照下g-C3N4表面生成的光生電子可有效轉(zhuǎn)移至WO3表面，而WO3表面生成的光生空穴也能很好地迀移至g-C3N4，從而實(shí)現(xiàn)光生載流子的有效分離，提高了催化劑的光催化活性和穩(wěn)定性。
[0005]傳統(tǒng)制備W03/g-C3N4復(fù)合光催化材料的方法，往往是用預(yù)先制備好的WOdPg-C3N4粉末固相或液相直接混合。這種制備工藝雖較簡(jiǎn)便，但不能使WO3和g-C3N4形成緊密接觸，因此降低了二者間的能級(jí)匹配作用，影響了可見(jiàn)光催化活性的提高。我們利用沉淀-煅燒法在g-C3N4表面直接原位生成WO3納米片，獲得二者緊密接觸的W03/g-C3N4可見(jiàn)光催化劑，由于二者緊密接觸，光生載流子迀移傳輸?shù)淖杩剐?，分離效率高，實(shí)驗(yàn)證明，采用原位沉淀-煅燒法制備的W03/g-C3N4復(fù)合材料在可見(jiàn)光下降解羅丹明B這類污染物的光催化活性明顯優(yōu)于傳統(tǒng)機(jī)械混合法制備的W03/g-C3N4復(fù)合材料的光催化性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種制備W03/g_C3N4復(fù)合光催化材料的方法，有效的解決了現(xiàn)有技術(shù)制備W03/g-C3N4復(fù)合光催化材料時(shí)，WO3和g-C3N4不能有效的緊密接觸，致使二者間的能級(jí)匹配作用降低，光催化性能效果相對(duì)較差的缺陷。
[0007]本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下:一種制備W03/g_C3N4復(fù)合光催化材料的方法，包括以下步驟:
[0008]步驟一:將三聚氰胺或尿素原料，裝入氧化鋁坩禍內(nèi)，封蓋后放入馬弗爐內(nèi)，在空氣氣氛下煅燒，以5?20°C/分鐘的速率升至500?600°C，進(jìn)行煅燒，并在該溫度下保溫3?5小時(shí)，待自然冷卻至室溫后取出產(chǎn)物研細(xì)，獲得黃色或淡黃色的g_C3N4粉末；
[0009]步驟二:將步驟一得到的g-C3N4粉末加入去離子水中，超聲分散0.5?I小時(shí)，使g-C3N4均勾分散，得到g-C3N4分散液；
[0010]步驟三:向步驟二得到的g-C3N4分散液中加入Na2WO4.2H20，磁力攪拌0.5小時(shí)，使其完全溶解，待反應(yīng)溫度升至80°C后，緩緩加入濃鹽酸溶液，攪拌5?30分鐘后，停止攪拌，靜置24?48小時(shí)，得到沉淀物；上述濃鹽酸與Na2WO4.2H20的反應(yīng)過(guò)程為，Na2W04+2HCl —WO3.H20+2NaCl ；
[0011]步驟四:將步驟三得到的沉淀物經(jīng)離心、洗滌、分離處理后，在60°C溫度下真空干燥8小時(shí)；
[0012]步驟五:將步驟四得到的產(chǎn)物研磨成粉末狀，放入氧化鋁坩禍內(nèi)，封蓋后放入馬弗爐內(nèi)，在空氣氣氛下煅燒，以5?20°C/分鐘的速率升至400?500°C，并在該溫度下保溫I?3個(gè)小時(shí)，得到W03/g-C3N4的復(fù)合光催化材料；制備該材料反應(yīng)過(guò)程具體為，WO3.H20+g-C3N4^W03/g-C3N4+H20o
[0013]進(jìn)一步，所述步驟二中，g-C3N4粉末加入去離子水后所得溶液的固液比為0.0112g/mL-0.112g/mL。
[0014]進(jìn)一步，所述步驟三中Na2WO4.2H20的加入量與步驟二中g(shù)_C3N4粉末的加入量的質(zhì)量比為 1:0.71—4.22。
[0015]進(jìn)一步，所述步驟三中加入的濃鹽酸溶液的濃度為10mol/L，加入的濃鹽酸體積與g-C3N4分散液的體積比為15:50。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:該方法制得的WO3和g_C3N4二者間具有更加緊密的接觸，從而光生電子-空穴能在二者間更有效地分離，該材料光催化效率顯著增強(qiáng)。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本發(fā)明的制備W03/g_C3N4復(fù)合光催化材料的方法的實(shí)施例一至四所制備的W03/g-C3N4復(fù)合光催化材料和WO3納米片及g-C3N4的X射線衍射譜圖；
[0018]圖2為本發(fā)明的制備W03/g_C3N4復(fù)合光催化材料的方法所制備的WO3納米片的掃描電子顯微鏡照片圖；
[0019]圖3為本發(fā)明的制備W03/g_C3N4復(fù)合光催化材料的方法所制備的g_C3N4的掃描電子顯微鏡照片圖；
[0020]圖4為本發(fā)明的制備W03/g-C3N4復(fù)合光催化材料的方法所制備的W03/g_C3N4的掃描電子顯微鏡照片圖；
[0021 ]圖5為本發(fā)明的制備W03/g_C3N4復(fù)合光催化材料的方法所制備的WO3納米片、g_C3N4和W03/g-C3N4復(fù)合光催化材料的紫外-可見(jiàn)漫反射吸收光譜圖；
[0022 ]圖6為本發(fā)明的制備W03/g-C3N4復(fù)合光催化材料的方法所制備的W03/g-C3N4復(fù)合光催化材料與所制備的WO3納米片、g-C3N4粉末降解有機(jī)染料羅丹明B的曲線圖；
[0023]圖7為本發(fā)明的制備W03/g-C3N4復(fù)合光催化材料的方法制備的W03/g_C3N4復(fù)合光催化材料與同質(zhì)量比情況下采用機(jī)械混合法制備的W03/g-C3N4復(fù)合物對(duì)羅丹明B的可見(jiàn)光催化效果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0025]首先，采用本發(fā)明的制備W03/g_C3N4復(fù)合光催化材料的方法制備WO3，具體過(guò)程為:取0.79gNa2W04.2出0溶解于盛有501^去離子水的10011^錐形瓶中，磁力攪拌0.5小時(shí)，使Na2WO4.2H20完全溶解;將上述溶液放置于80°C油浴鍋中，待溶液溫度升至80°C，逐滴加入15mL濃度為10摩爾/升的濃鹽酸溶液，攪拌5分鐘后，停止攪拌，80°C下靜置24小時(shí)。取出制得的產(chǎn)物離心分離得黃色沉淀物，分別用去離子水和乙醇洗滌，然后將產(chǎn)物于60°C下真空干燥8小時(shí)。產(chǎn)物經(jīng)洗滌干燥后，裝入氧化鋁坩鍋內(nèi)，加蓋后放入馬弗爐中，在空氣氣氛下以5°C/分鐘的速率升至400°C，并保溫2小時(shí)，待自然冷卻至室溫后取出研細(xì)，獲得淡黃色的WO3納米片材料。圖1和圖2分別為制備的WO3的X射線衍射圖和掃描電子顯微鏡照片。從圖1可見(jiàn)WO3屬于單斜晶系(JCPDS:43-1035)，未見(jiàn)有雜質(zhì)衍射峰，表明制備的WO3具有較高的純度，由圖2可知，W03呈片狀結(jié)構(gòu)，片的大小約為200?300nm，厚度約為20?50nm。
[0026]采用發(fā)明的制備W03/g_C3N4復(fù)合光催化材料的方法制備g_C3N4粉末，具體過(guò)程為:稱取1g三聚氰胺原料粉末經(jīng)研磨后，裝入氧化鋁坩禍內(nèi)，封蓋后放入馬弗爐內(nèi)，在空氣氣氛下，以5°C/分鐘的速率升至550°C，并在該溫度下保溫4小時(shí)，待自然冷卻至室溫后取出研細(xì)，獲得黃色的g-C3N4粉末，制得的g_C3N4粉末的X射線衍射圖和掃描電子顯微鏡照片如圖1和圖3所示。
[0027]實(shí)施例一:本實(shí)施例的制備W03/g_C3N4復(fù)合光催化材料的方法制備過(guò)程如下:
[0028]稱