CN107164780A - 一种wo3/石墨烯量子点复合膜光阳极的制备方法 - Google Patents

一种wo3/石墨烯量子点复合膜光阳极的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种WO3/GQDs复合光阳极的制备方法，解决了WO3光电转换效率较低的问题。本发明以钨片为基体，含有石墨烯量子点的氟化钠、硫酸钠水溶液为电解液，通过脉冲阳极氧化法，制备出含有石墨烯量子点(GQDs)的多孔三氧化钨复合膜。将复合膜在氮气管式炉中，升至300～700℃，保温3小时，有利于提高WO3/GQDs复合膜的结晶性。相较于单纯的WO3薄膜样品，GQDs/WO3复合膜光电流明显增大，且具有很好的循环寿命。本发明方法简便，易于操作，所制备的GQDs/WO3复合膜具有很高的光催化活性和稳定性。

Description

一种WO3/石墨烯量子点复合膜光阳极的制备方法
技术领域
本发明属于复合可见光催化剂领域，涉及一种复合光催化材料的制备方法，特别涉及一种纳米WO3/GQDs复合膜光阳极的制备方法。
背景技术
纳米三氧化钨与二氧化钛相比，纳米WO3相应的吸收波长为410～500nm，且纳米WO3比TiO2禁带宽度窄，所以在可见光条件下纳米WO3具有更良好的光电响应性能，在光电化学反应体系中是一种较为理想的光阳极半导体材料。跟普通半导体材料相比，纳米WO3是间接带隙跃迁的，而且价格低廉、易制备、性能稳定、无毒、无害，在光电化学领域得到了广泛应用，较普遍的是光解水，除此之外还有光降解有机污染物及太阳能电池等，优越的性能也自然引起许多研究小组的关注。
石墨烯量子点，是一种全新的零维的C纳米材料。基于它的结构，石墨烯量子点具有很强的热载流子注入与上转换发光能力。基于这两个优点，石墨烯量子点在光电学领域有着广阔的应用前景。但是，石墨烯量子点因为起步较晚，在光伏能源，光催化的研究领域较少。由于石墨烯量子点具有长久的热力学稳定性，强氧化性及其毒性小，半导体WO3是目前研究应用最多的光催化剂。光催化氧化过程的引发是由紫外光下产生的光生电子/空穴对，这个波长要比纳米WO3对应的带隙能量小。因为要使纳米WO3的活性发生作用，这个波长必须小于可见光波长，所以，要把它的光吸收扩展到可见光范围内。基于这个原因，把石墨烯量子点与纳米三氧化钨结合起来，研究石墨烯量子点/WO3的光电性能有着重大意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种可见光催化剂纳米三氧化钨/石墨烯量子点复合材料的制备方法，本发明方法简单，易于操作，所制备的WO3复合膜具有很高的光催化活性。
具体步骤为：
(1)脉冲阳极氧化合成多孔WO3,将钨片分别在丙酮、乙醇、蒸馏水中各超声15分钟。设置阳极氧化脉冲电源参数，手动档，给定所需频率50～300Hz，选择所需占空比(能级)为10～30％。电解液为1mol/L的硫酸铵和0.2％的氟化铵。向电解液分别加入含有5～50mg的石墨烯量子点，调节电压到30～100V，阳极氧化时间进行5～30min后结束。最后将阳极氧化试片用蒸馏水冲洗，冷风吹干，保存待处理。
(2)将步骤(1)中氧化后的钨片用蒸馏水冲洗干净，吹干，管式炉中充入氮气，待管式炉充满氮气后，以5℃/min的升温速度升温至300～700℃，恒温3h，待其降温后取出，得到W箔表面沉积WO3/GQDs复合膜光阳极。
所述化学试剂纯度均为化学纯以上纯度。
本发明的有益效果是：
(1)利用马弗炉，进行3小时的烧结，这样会增强多孔三氧化钨的结晶度，也增强光电流。因为烧结后的结晶度的增强，多孔三氧化钨有着更好的稳定性以及耐光腐蚀性。
(2)本发明制备的三氧化钨复合膜，石墨烯量子点很好的嵌入在多孔三氧化钨薄膜内，复合膜的厚度得到增强，经过光电性能的测试，石墨烯量子点对多孔三氧化钨薄膜的光电性能有着重要影响，增强了多孔三氧化钨薄膜光电催化析氧的光电流。
附图说明
图1是本发明实施例1制备的WO3/GQDs复合光催化剂烧结前后的X射线衍射图，图中a为烧结前，b为烧结后，c为钨片。
图2是本发明实施例1制备的WO3及GQDs/WO3拉曼光谱图。
图3是本发明实施例1制备的(a，b)石墨烯量子点和(c，d)GQDs/WO3的透射电镜图。
图4是本发明实施例1制备的WO3/GQDs复合光催化剂烧结前后的光电流测试图。
具体实施方式
实施例1：
(1)将钨片(10mm×50mm)用蒸馏水清洗干净，然后分别在丙酮、乙醇、蒸馏水水中各超声15分钟，然后在50℃干燥箱中烘干备用。设置阳极氧化脉冲电源参数，手动档，给定所需频率200HZ，选择所需占空比(能级)为20％。电解液为1mol/L的硫酸铵和0.2％的氟化铵。向电解液分别加入含有5mg的石墨烯量子点，调节电压到50V，阳极氧化时间进行30min后结束。最后将阳极氧化试片用蒸馏水冲洗，冷风吹干，保存待处理。
(2)将步骤(1)中氧化后的钨片用蒸馏水冲洗干净，吹干，阳极氧化面朝上放入2cm×5cm的干净的瓷舟中，管式炉中充入氮气，待管式炉充满氮气后，以5℃/min的升温速度升温至450℃，恒温3h，待其降温后取出，得到纳米WO3/GQDs复合光催化剂。
图4是本发明实施例1制备的WO3/GQDs复合光催化剂烧结前后的光电流测试图。从图中可以看出来，没有烧结之前的三氧化钨，对光照表现不敏感，对光没有响应。光电流明显增强，是因为烧结后的WO3结晶度强，结合力高，这样电子与空穴不易复合。烧结后，多孔三氧化钨还具有很好的稳定性和耐光腐蚀性。
实施例2：
(1)将钨片(10mm×50mm)用蒸馏水清洗干净，然后分别在丙酮、乙醇、蒸馏水水中各超声15分钟，然后在50℃干燥箱中烘干备用。设置阳极氧化脉冲电源参数，手动档，给定所需频率100HZ，选择所需占空比(能级)为30％。电解液为1mol/L的硫酸铵和0.2％的氟化铵。向电解液分别加入含有10mg的石墨烯量子点，调节电压到50V，阳极氧化时间进行20min后结束。最后将阳极氧化试片用蒸馏水冲洗，冷风吹干，保存待处理。
(2)将步骤(1)中氧化后的钨片用蒸馏水冲洗干净，吹干，阳极氧化面朝上放入2cm×5cm的干净的瓷舟中，管式炉中充入氮气，待管式炉充满氮气后，以5℃/min的升温速度升温至450℃，恒温3h，待其降温后取出，得到纳米WO3/GQDs复合光催化剂。
实施例3：
(1)将钨片(10mm×50mm)用蒸馏水清洗干净，然后分别在丙酮、乙醇、蒸馏水水中各超声15分钟，然后在50℃干燥箱中烘干备用。设置阳极氧化脉冲电源参数，手动档，给定所需频率200HZ，选择所需占空比(能级)为20％。电解液为1mol/L的硫酸铵和0.2％的氟化铵。向电解液分别加入含有15mg的石墨烯量子点，调节电压到50V，阳极氧化时间进行30min后结束。最后将阳极氧化试片用蒸馏水冲洗，冷风吹干，保存待处理。
(2)将步骤(1)中氧化后的钨片用蒸馏水冲洗干净，吹干，阳极氧化面朝上放入2cm×5cm的干净的瓷舟中，管式炉中充入氮气，待管式炉充满氮气后，以5℃/min的升温速度升温至600℃，恒温3h，待其降温后取出，得到纳米WO3/GQDs复合光催化剂。

Claims (1)

1.一种WO3/GQDs复合光催化剂的制备方法，其特征在于具体步骤为：
(1)脉冲阳极氧化合成多孔WO3,将钨片分别在丙酮、乙醇、蒸馏水中各超声15分钟。设置阳极氧化脉冲电源参数，手动档，给定所需频率50～300Hz，选择所需占空比(能级)为10～30％。电解液为1mol/L的硫酸铵和0.2％的氟化铵。向电解液分别加入含有5～50mg的石墨烯量子点，调节电压到30～100V，阳极氧化时间进行5～30min后结束。最后将阳极氧化试片用蒸馏水冲洗，冷风吹干，保存待处理。
(2)将步骤(1)中氧化后的钨片用蒸馏水冲洗干净，吹干，管式炉中充入氮气，待管式炉充满氮气后，以5℃/min的升温速度升温至300～700℃，恒温3h，待其降温后取出，得到W箔表面沉积WO3/GQDs复合膜光阳极。
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