一种纳米片状三氧化钨高效光催化剂及其制备方法 |
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| 申请号 | CN201710272337.1 | 申请日 | 2017-04-24 | 公开(公告)号 | CN107088407A | 公开(公告)日 | 2017-08-25 |
| 申请人 | 陕西科技大学; | 发明人 | 曹丽云; 李妍; 黄剑锋; 冯亮亮; 李嘉胤; 吴建鹏; 赵肖肖; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种纳米片状三 氧 化钨高效光催化剂及其制备方法，先将单糖溶液和钨源溶液混合均匀，得到混合溶液A，混合溶液A中单糖和钨源的摩尔比为(1～4):1；然后向混合溶液A中加入占混合溶液A体积1％～2％的 表面活性剂 溶液，混合均匀得到混合溶液B；调节混合溶液B的pH值在0.5～2.5，在150～200℃进行均相 水 热反应；均相水热反应结束后冷却至室温，分离出产物并洗涤干燥，得到纳米片状三氧化钨高效光催化剂。本发明制得的产物为纳米片状，比表面大，可以与染料充分 接触 ；此外，本发明所制备的WO3有少量的C残留，其会诱发 价带 上方的带隙重叠，减小带隙，使光生载流子更易移至活性位点处，提高光催化反应的降解率。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种纳米片状三氧化钨高效光催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤： |
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| 说明书全文 | 一种纳米片状三氧化钨高效光催化剂及其制备方法技术领域[0001] 本发明属于催化剂材料领域，具体涉及一种纳米片状三氧化钨高效光催化剂及其制备方法。 背景技术[0002] 近年来，随着社会经济的飞速发展，人类活动对地球的影响越来越大，使得地球污染问题越来越严重，其中水体污染尤为严重，已经危害到人们的日常生活。因此，为了解决这一问题，人们开始研究光催化剂，希望其能使环境污染得到缓解，改善人们的生活环境。光催化剂是在紫外光以及可见光的照射下，可以将污染物短时间内完全降解或矿化成对环境无害的产物，或将光能转化为化学能，并促进有机物的合成与分解的一类物质[J.Carey,J.Lawrence,H.Tosine.Photodechlorination of PCB’s in the presence of titanium dioxide in aqueous suspensions[J].Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology,1976,16:697-701.]。最为常用的光催化剂主要为TiO2，但是由于其在光降解过程中只能利用占太阳光很小一部分的紫外光，对太阳光的利用率太低，因此，人们开始探索新的光催化剂[Yueqi Kong,Honggang Sun,Xian Zhao,et al.Fabrication of hexagonal/cubic tungsten oxide homojunction with improved photocatalytic activity[J].Applied Catalysis A:General,2015,505:447-455.]。 [0003] 氧化钨作为一种n型半导体材料，由于其良好的光学和电学性质，而广泛应用于锂离子电池、电致变色器件、气体传感器以及光催化等领域[Yi Zheng,Gang Chen,Yaoguang Yu,et al.Synthesis of carbon doped WO3·0.33H2O hierarchical photocatalyst with improved photocatalytic activity[J].Applied Surface Science,2016,362:182-190.]。但是，WO3的带隙太大而不能有效地利用太阳光能，而且其导带位置太低而不能有效的利用光生电子对，从而导致WO3不能被有效开发使用。 发明内容[0004] 本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种纳米片状三氧化钨高效光催化剂及其制备方法，催化性能好。 [0005] 为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案： [0006] 包括以下步骤： [0007] (1)将单糖溶液和钨源溶液混合均匀，得到混合溶液A，混合溶液A中单糖和钨源的摩尔比为(1～4):1；然后向混合溶液A中加入占混合溶液A体积1％～2％的表面活性剂溶液，混合均匀得到混合溶液B； [0008] (2)调节混合溶液B的pH值在0.5～2.5，得到混合溶液C； [0009] (3)将混合溶液C在150～200℃进行均相水热反应； [0010] (4)均相水热反应结束后冷却至室温，分离出产物并洗涤干燥，得到纳米片状三氧化钨高效光催化剂。 [0011] 进一步地，步骤(1)中单糖溶液的浓度为0.5～1mol/L，钨源溶液的浓度为0.5～1mol/L，表面活性剂溶液的浓度为0.01～0.05mol/L。 [0012] 进一步地，步骤(1)中单糖采用C6H12O6·H2O。 [0014] 进一步地，步骤(1)中均是通过在30～40℃下搅拌10～20min混合均匀。 [0015] 进一步地，步骤(2)中采用2～3mol/L的HCl溶液调节pH值。 [0016] 进一步地，步骤(3)中混合溶液C倒入聚四氟乙烯内衬高压水热反应釜中，体积填充比在35％～65％，然后将聚四氟乙烯内衬高压水热反应釜密封，放入均相水热反应仪中进行均相水热反应。 [0017] 进一步地，步骤(3)中均相水热反应的时间为20～30h。 [0018] 进一步地，步骤(4)中的干燥是在40～60℃真空烘箱干燥12～20h。 [0019] 一种利用如上所述制备方法制得的纳米片状三氧化钨高效光催化剂，该光催化剂的厚度在80～150nm。 [0020] 与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果： [0021] 本发明通过水热法提供了一种纳米片状WO3的制备方法，制得的产物结晶性能好，尺寸可控；原料简单，易于合成；成本较低，产率高达85％以上，可用于工厂大规模生产。本发明合成的纳米片状WO3的比表面大，可以与染料充分接触，增大了作用面积。此外，本发明所制备的WO3有少量的C残留，其会诱发价带上方的带隙重叠，从而减小带隙，使光生载流子更易移至活性位点处，提高光催化反应的降解率。 [0022] 本发明所合成的纳米片状WO3厚度在80～150nm，具有较好的光催化性能，在1000W的氙灯下光降解罗丹明B时间为90min，降解率可达到78～92.5％；在相同条件下，商业化的P25降解率为45％，本发明降解率能够提升一倍左右。附图说明 [0023] 图1为本发明实施例1制备的WO3的XRD图谱。 [0024] 图2为本发明实施例1制备的纳米片状WO3在100k放大倍数下的SEM照片。 具体实施方式[0025] 下面结合附图对本发明做进一步详细说明。 [0026] 1)配制0.5～1M的C6H12O6·H2O蒸馏水溶液，0.5～1M的Na2WO4·2H2O蒸馏水溶液以及0.01～0.05M的蔗糖脂肪酸酯蒸馏水溶液。 [0027] 2)将上述溶液按体积比C6H12O6·H2O:Na2WO4·2H2O＝(1～4):1的比例混合，在30～40℃下搅拌10～20min。然后向所得溶液中加入体积比为1％～2％的蔗糖脂肪酸酯蒸馏水溶液，在30～40℃下搅拌10～20min。 [0028] 3)用浓度为2～3M的HCl溶液调节上述混合溶液的pH＝0.5～2.5。 [0029] 4)将混合均匀的溶液倒入聚四氟乙烯内衬高压水热反应釜中，保持体积填充比在35％～65％。 [0030] 5)将密封好的反应釜放入均相水热反应仪中，设置温度参数为150～200℃，反应时间为20～30h。 [0031] 6)反应结束后冷却至室温，将最终反应物离心分离后，分别用去离子水和无水乙醇各洗涤3次。将离心、洗涤后的粉体物质放入40～60℃真空烘箱干燥12～20h，即获得最终产物。 [0032] 实施例1 [0033] 1)配制0.5M的C6H12O6·H2O蒸馏水溶液，0.5M的Na2WO4·2H2O蒸馏水溶液以及0.01M的蔗糖脂肪酸酯蒸馏水溶液。 [0034] 2)将上述溶液按体积比C6H12O6·H2O:Na2WO4·2H2O＝2:1的比例混合，在30℃下搅拌20min。然后向所得溶液中加入体积比为1％的蔗糖脂肪酸酯蒸馏水溶液，在30下搅拌20min。 [0035] 3)用浓度为2M的HCl溶液调节上述混合溶液的pH＝0.5。 [0036] 4)将混合均匀的溶液倒入聚四氟乙烯内衬高压水热反应釜中，保持体积填充比在35％。 [0037] 5)将密封好的反应釜放入均相水热反应仪中，设置温度参数为150℃，反应时间为30h。 [0038] 6)反应结束后冷却至室温，将最终反应物离心分离后，分别用去离子水和无水乙醇各洗涤3次。将离心、洗涤后的粉体物质放入40℃真空烘箱中干燥20h，即获得最终产物。产率在88％。 [0039] 由图1可以看出：本发明制备的产物为纯相的六方WO3。 [0040] 由图2可以看出：本发明得到的WO3是厚度大约为100nm的纳米片状结构。 [0041] 在1000W的氙灯下光降解罗丹明B时间为90min，降解率可达到92.5％。商业化的P25相同条件下的降解率为45％。与商业化的P25相比，本发明降解率大大提升。 [0042] 实施例2 [0043] 1)配制1M的C6H12O6·H2O蒸馏水溶液，1M的Na2WO4·2H2O蒸馏水溶液以及0.05M的蔗糖脂肪酸酯蒸馏水溶液。 [0044] 2)将上述溶液按体积比C6H12O6·H2O:Na2WO4·2H2O＝1:1的比例混合，在40℃下搅拌10min。然后向所得溶液中加入体积比为2％的蔗糖脂肪酸酯蒸馏水溶液，在40℃下搅拌10min。 [0045] 3)用浓度为3M的HCl溶液调节上述混合溶液的pH＝2.5。 [0046] 4)将混合均匀的溶液倒入聚四氟乙烯内衬高压水热反应釜中，保持体积填充比在65％。 [0047] 5)将密封好的反应釜放入均相水热反应仪中，设置温度参数为200℃，反应时间为20h。 [0048] 6)反应结束后冷却至室温，将最终反应物离心分离后，用去离子水和无水乙醇各洗涤3次。将离心、洗涤后的粉体物质放入60℃真空烘箱中干燥12h，即获得最终产物。产率在85.6％。 [0049] 在1000W的氙灯下光降解罗丹明B时间为90min，降解率可达到85％。 [0050] 本发明得到的WO3是厚度大约为80nm的纳米片状结构。 [0051] 实施例3 [0052] 1)配制0.8M的C6H12O6·H2O蒸馏水溶液，0.8M的Na2WO4·2H2O蒸馏水溶液以及0.03M的蔗糖脂肪酸酯蒸馏水溶液。 [0053] 2)将上述溶液按体积比C6H12O6·H2O:Na2WO4·2H2O＝3:1的比例混合，在35℃下搅拌15min。然后向所得溶液中加入体积比为1.5％的蔗糖脂肪酸酯蒸馏水溶液，在35℃下搅拌15min。 [0054] 3)用浓度为2M的HCl溶液调节上述混合溶液的pH＝1。 [0055] 4)将混合均匀的溶液倒入聚四氟乙烯内衬高压水热反应釜中，保持体积填充比在50％。 [0056] 5)将密封好的反应釜放入均相水热反应仪中，设置温度参数为180℃，反应时间为24h。 [0057] 6)反应结束后冷却至室温，将最终反应物离心分离后，用去离子水和无水乙醇各洗涤3次。将离心、洗涤后的粉体物质放入50℃真空烘箱或者冷冻干燥箱中干燥16h，即获得最终产物。产率在92％。 [0058] 在1000W的氙灯下光降解罗丹明B时间为90min，降解率可达到80％。 [0059] 本发明得到的WO3是厚度大约为125nm的纳米片状结构。 [0060] 实施例4 [0061] 1)配制0.9M的C6H12O6·H2O蒸馏水溶液，0.9M的Na2WO4·2H2O蒸馏水溶液以及0.02M的蔗糖脂肪酸酯蒸馏水溶液。 [0062] 2)将上述溶液按体积比C6H12O6·H2O:Na2WO4·2H2O＝4:1的比例混合，在32℃下搅拌12min。然后向所得溶液中加入体积比为1.2％的蔗糖脂肪酸酯蒸馏水溶液，在32℃下搅拌12min。 [0063] 3)用浓度为3M的HCl溶液调节上述混合溶液的pH＝2。 [0064] 4)将混合均匀的溶液倒入聚四氟乙烯内衬高压水热反应釜中，保持体积填充比在40％。 [0065] 5)将密封好的反应釜放入均相水热反应仪中，设置温度参数为160℃，反应时间为28h。 [0066] 6)反应结束后冷却至室温，将最终反应物离心分离后，用去离子水和无水乙醇各洗涤3次。将离心、洗涤后的粉体物质放入45℃真空烘箱或者冷冻干燥箱中干燥18h，即获得最终产物。产率在91.5％。 [0067] 在1000W的氙灯下光降解罗丹明B时间为90min，降解率可达到78％。 [0068] 本发明得到的WO3是厚度大约为150nm的纳米片状结构。 [0069] 本发明所制备的样品产量大，结晶性好，纯度高，具有优异的光催化性。此外，本发明所用设备简单，便于操作，所用原料成本较低，有利于工厂大规模生产。 |
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