CN110639582A - 一种具有2D/0D结构的g-C3N4/WO3复合光催化剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有2D/0D结构的g‑C3N4/WO3复合光催化剂的制备方法。首先将g‑C3N4加入乙醇，然后加入WCl6，超声分散后，转移至高压反应釜中进行水热反应，冷却、洗涤、干燥。最后将所得粉末样品放入马弗炉中以5℃/min的升温速率升至450℃，保温3小时，即制得具有2D/0D结构的g‑C3N4/WO3复合光催化剂。所制备的样品是WO3量子点分布在g‑C3N4纳米片表面，是一种2D/0D结构的复合光催化剂。本发明方法操作简便、产率高，所制备的具有2D/0D结构的g‑C3N4/WO3复合光催化剂具有较高的光催化活性，且光催化析氢性能稳定。
Description
技术领域
本发明所属技术领域为光催化、光电化学材料技术领域，特别涉及一种具有2D/0D结构的g-C3N4/WO3复合光催化剂的制备方法。
背景技术
石墨相氮化碳（g-C3N4）是一种有机半导体，能够较好的吸收可见光，在光催化分解水产氢、人工光合成、有机污染物降解以及二氧化碳还原等领域具有重要的研究价值。 三氧化钨作为一种新型光催化剂，具有良好的电致变色、光致变色及光催化性能。将二维材料与其他金属氧化物复合可以提高光生电子与空穴的分离效率，进而提高光电及光催化性能。二维（2D）和零维（0D）结构均具有较大的比表面积，当这两种结构的半导体材料相复合时，零维的量子点能够均匀、紧密的贴合在二维纳米片表面，有利于载流子的传输。
近年来，有一些文献对2D/0D异质结复合材料的合成、性能和应用进行了讨论，但是组分之一为0D三氧化钨量子点的2D/0D异质结复合材料的研究仍然很少。优异的复合光催化剂需要有较高、较强的电荷分离效率、较好的电荷传输效率和氧化还原能力。将两种特殊结构（2D和0D）的半导体复合在一起构筑2D/0D的复合光催化体系可以满足优异复合光催化剂的要求。
在此，本发明通过对2D/0D的g-C3N4/WO3复合光催化剂的析氢性能和光催化性能的进行了探索，希望这种新型的复合光催化材料能够具有良好的光催化制氢活性、光电性能，能够光催化降解有机物，可以在光催化领域有实际的应用，有效缓解现在社会氢能源短缺和环境污染问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有2D/0D结构的g-C3N4/WO3复合光催化剂的制备方法。
具体步骤为：
将100mg g-C3N4加入到15~30mL的无水乙醇中，随后加入WCl6，超声10~30分钟，所得混合物转移至50mL聚四氟乙烯反应釜中于180~240℃下水热反应1~3小时，自然冷却，分别用无水乙醇和蒸馏水清洗两次，离心，干燥；将所得粉末放入马弗炉中以5℃/min 的升温速率升至450℃，保温3小时，即制得具有2D/0D结构的g-C3N4/WO3复合光催化剂。
所述g-C3N4为带羧基、羟基或氨基的g-C3N4。
所述WCl6的用量要满足使制得的g-C3N4/WO3复合光催化剂中WO3的质量百分数为5~30%。
本发明方法操作简便、产率高，所制备的具有2D/0D结构的g-C3N4/WO3复合光催化剂具有较高的光催化活性，且光催化析氢性能稳定。
附图说明
图1为本发明实施例1所制备的含 20 wt% WO3 的具有2D/0D结构的g-C3N4/WO3复合光催化剂的TEM图。其中a、b、c和d分别为不同放大倍数的g-C3N4/WO3复合物。
图2为本发明实施例1所制备的不同比例的2D/0D g-C3N4/WO3复合物的XRD图。
图3为本发明实施例1所制备的不同WO3含量的具有2D/0D结构的g-C3N4/WO3复合光催化剂光催化析氢数据图。
图4为本发明实施例1所制备的不同WO3含量的具有2D/0D结构的g-C3N4/WO3复合光催化剂光催化分解对氯苯酚的曲线图。
具体实施方式
实施例1：
将100mg g-C3N4，加入到20 mL的无水乙醇中，随后加入一定质量的WCl6使产物中WO3的质量百分数为20 %，超声30分钟，转移至50mL聚四氟乙烯反应釜中180℃水热反应3小时，自然冷却，分别用无水乙醇和蒸馏水清洗两次，离心，干燥；将所得粉末放入马弗炉中以5℃/min 的升温速率升至450℃，保温3小时，即制得具有2D/0D结构的g-C3N4/WO3复合光催化剂。
实施例2：
将100mg g-C3N4，加入到15mL的无水乙醇中，随后加入一定质量的WCl6使产物中WO3的质量百分数范围在5%，超声20分钟，转移至50mL聚四氟乙烯反应釜中240℃水热反应1小时，自然冷却，分别用无水乙醇和蒸馏水清洗两次，离心，干燥；将所得粉末放入马弗炉中以5℃/min 的升温速率升至450℃，保温3小时，即制得具有2D/0D结构的g-C3N4/WO3复合光催化剂。
实施例3：
将100mg g-C3N4，加入到30mL的无水乙醇中，随后加入一定质量的WCl6使产物中WO3的质量百分数范围在10%，超声10分钟，转移至50mL聚四氟乙烯反应釜中220℃水热反应2小时，自然冷却，分别用无水乙醇和蒸馏水清洗两次，离心，干燥；将所得粉末放入马弗炉中以5℃/min 的升温速率升至450℃，保温3小时，即制得具有2D/0D结构的g-C3N4/WO3复合光催化剂。
实施例4：
将100mg g-C3N4，加入到30mL的无水乙醇中，随后加入一定质量的WCl6使产物中WO3的质量百分数范围在30%，超声30分钟，转移至50mL聚四氟乙烯反应釜中200℃水热反应3小时，自然冷却，分别用无水乙醇和蒸馏水清洗两次，离心，干燥；将所得粉末放入马弗炉中以5℃/min 的升温速率升至450℃，保温3小时，即制得具有2D/0D结构的g-C3N4/WO3复合光催化剂。
上述各实施例所制备的具有2D/0D结构的g-C3N4/WO3复合光催化剂，通过旋涂法在ITO表面做成光电极，制备电极作为工作电极(面积为1cm2)，辅助电极为铂电极，饱和甘汞电极（SCE）作为参比电极，0.5M Na2SO4为支持电解质溶液，在太阳光模拟器（一个太阳的光强）下测试光电化学性能。
上述各实施例所制备的具有2D/0D结构的g-C3N4/WO3复合光催化剂在光催化反应过程中，光源离光催化反应器中液面的距离始终保持一致，为10 cm。光强为100 mW·cm-2 ，光照有效面积为18.6 cm2。反应过程中产生的气体通过气相色谱仪进行检测并计算氢气的产量，此系统使用高纯氮气作为载气。反应开始后，相同时间间隔进行取样，并记录氢气的产出体积，并根据预先校正的标准曲线，计算出氢气的摩尔量。光催化降解实验中，复合物样品均取30 mg，与有机污染物按一定比例混合，先在暗箱搅拌30 min使有机物达到吸附平衡，随后继续置于光照下搅拌，每隔相同的时间段取样，并按照取样顺序编号。最后将取得的样品离心，测上清液的紫外可见吸收光谱，通过污染物特定吸收峰的强弱得出光催化降解的随时间的变化关系。
Claims (1)
1.一种具有2D/0D结构的g-C3N4/WO3复合光催化剂的制备方法，其特征在于具体步骤为：
将100mg g-C3N4加入到15~30mL的无水乙醇中，随后加入WCl6，超声10~30分钟，所得混合物转移至50mL聚四氟乙烯反应釜中于180~240℃下水热反应1~3小时，自然冷却，分别用无水乙醇和蒸馏水清洗两次，离心，干燥；将所得粉末放入马弗炉中以5℃/min 的升温速率升至450℃，保温3小时，即制得具有2D/0D结构的g-C3N4/WO3复合光催化剂；
所述g-C3N4为带羧基、羟基或氨基的g-C3N4；
所述WCl6的用量要满足使制得的g-C3N4/WO3复合光催化剂中WO3的质量百分数为5~30%。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200103 |
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