CN113134378A - 一种W18O49/g-C3N4/RGO半导体光催化剂制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种W18O49/g‑C3N4/RGO半导体光催化剂制备方法，涉及一种光催化剂制备方法，本发明采用增强可见光光催化活性的金属离子掺杂半导体制备光催化剂，以g‑C3N4为参照，将W18O49和氧化态石墨烯按照一定的摩尔比在水热条件下反应，获得目标光催化剂。本发明可见光光催化剂结构清晰，组成明确，通过W18O49的掺杂可以显著增强g‑C3N4的可见光光谱响应范围，与石墨烯复合后可以使光生载流子的扩散范围增大，抑制光生电子‑空穴对的重组从而增强可见光催化降解活性，是一种有前途的可见光光催化材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种光催化剂制备方法，特别是涉及一种W18O49/g-C3N4/RGO半导体光催化剂制备方法。
背景技术
随着社会的不断进步和发展，环境的清洁是人们追求的目标，所以对于环境中的有机污染物要进行有效的降解处理。然而，怎样设计出合理且有效的光催化剂是对有机污染物降解的关键。为了实现高效光降解，人们已经开发出大量用于降解的半导体光催化剂。包括TiO2和其他氧化物半导体在内的传统光催化剂已经不能满足高效降解的要求。因此，在该领域中，最关键的挑战之一是开发一种高效的可见光活性光催化剂。
近年来，W18O49作为一种金属氧化物，因其独特的光学性质和显着的太阳能采集能力（Eg～3.08 eV），加之较高的稳定性和光电导性使其在光降解甲基橙中得到了深入的研究。 然而，由于相对较高的价带能量和较快的光致电子复合，导致其仍然不能满足我们目前所需的要求。如何扩大宽带隙半导体材料的可见光光谱响应范围，如何缩短光生载流子从半导体内部转移至表面所需要的时间，进而降低载流子的重组速率而增强光催化活性，已成为光催化研究领域亟待解决的问题。g-C3N4具有比W18O49更广的光谱响应范围，光激发电子可以从价带跃迁到导带，因此能够提高光子的利用率，以这种方式增强了光降解甲基橙的活性。
石墨烯(RGO)，作为合成各种功能复合材料的重要基石，是因为它是由p2杂化碳组成的单原子厚度片，并且在室温下具有良好的载流子迁移率、良好的导电性、较高的理论比表面积等优点。研究发现，石墨烯能够被引入到各种半导体光催化剂中，形成石墨烯型复合半导体光催化剂，由于其优异的载流子迁移率可以使光生载流子的扩散范围增大，抑制电子与空穴的复合，延长寿命，使其具有更加优异的光催化性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种W18O49/g-C3N4/RGO半导体光催化剂制备方法，本发明以W18O49、g-C3N4和石墨烯（RGO）按照一定的比例在水热条件下反应，并获得目标光催化剂，并将其应用于光降解甲基橙中。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种W18O49/g-C3N4/RGO半导体光催化剂制备方法，所述方法为一种石墨烯复合金属离子掺杂半导体光催化剂，以g-C3N4为基础，通过水热法将W18O49均匀的掺杂于g-C3N4中，并且使之与RGO复合；
包括以下制备步骤：
利用优化Hummers法制备氧化石墨烯，首先，将制得的氧化石墨利用超声作用剥落来制备单分散氧化石墨烯溶液；其次，分别称取W18O49和g-C3N4溶解在去离子水中，然后加入氧化石墨烯溶液；待充分混匀后，将溶液转移到带聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中；水热反应过后，将灰蓝色的沉淀通过离心分离，并用去离子和乙醇水依次清洗，烘干得到W18O49/g-C3N4/RGO复合光催化剂。
一种W18O49/g-C3N4/RGO半导体光催化剂制备方法，所述方法制备的W18O49/g-C3N4/RGO可见光光催化剂应用于光降解甲基橙中。
本发明的优点与效果是：
1.本发明通过水热法可以将W18O49均匀而稳定的掺杂到g-C3N4中，使能量较小的光子可激发掺杂能级上的e-和h+，从而提高光子的利用率，促进可见光催化反应。
2.本发明所制备的W18O49/g-C3N4/RGO复合光催化剂，由于RGO的加入导致光生载流子的扩散范围增大，并且利用自身良好的导电性对光生电子起到一定的捕获作用，最终起到抑制电子与空穴复合的作用，延长光生载流子寿命，使其具有更加优异的光催化性能。
3.本发明采用常见的水热合成法，所合成的W18O49/g-C3N4/RGO复合光催化剂结晶度高、分散性好、形状可控，且原料常见，工艺可控，易于实施，符合环境友好的要求。
4.本发明为开发可见光半导体光催化领域提供一种新的技术路径，对于解决日益严重的有机物污染问题具有重要意义。
附图说明
图1为W18O49/g-C3N4/RGO复合光催化剂的TEM图。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步阐明本发明的内容，但其并不限制本发明的保护范围。
实施例1
（1）利用优化Hummers法制备氧化石墨烯。首先，利用强酸强氧化剂对石墨片进行氧化，在反应过程中通过控制氧化剂的加入方式、反应温度等因素制备出具有较高氧化程度的氧化石墨。然后，在水溶液中，利用超声作用剥落氧化石墨来制备单分散氧化石墨烯溶液（1mg/mL）。
（2）称取200mg的g-C3N4溶解在50mL去离子水中并加入0.5mL的氧化石墨烯溶液（超声30分钟）和100mg的W18O49，将溶液转移到聚四氟乙烯内衬中，于160oC条件下水热反应6小时。反应完成后自然冷却到室温，所得产物用去离子水和无水乙醇依次洗涤3-5次，并在50oC下干燥12h，得到W18O49/g-C3N4/RGO。
实施例2
如实施例1所述，所不同的是将步骤（2）中加入氧化石墨烯溶液的量调为1mL，则最终的催化剂为含有0.5wt% RGO的W18O49/g-C3N4/0.5wt%RGO。
实施例3
如实施例1所述，所不同的是将步骤（2）中加入氧化石墨烯溶液的量调为1.5mL，则最终的催化剂为含有1.0wt% RGO的W18O49/g-C3N4/1.0wt%RGO。
实施例4
如实施例1所述，所不同的是将步骤（2）中加入氧化石墨烯溶液的量调为2mL，则最终的催化剂为含有2.0wt% RGO的W18O49/g-C3N4/2.0wt%RGO。
Claims (2)
1.一种W18O49/g-C3N4/RGO半导体光催化剂制备方法，其特征在于，所述方法为一种石墨烯复合金属离子掺杂半导体光催化剂，以g-C3N4为基础，通过水热法将W18O49均匀的掺杂于g-C3N4中，并且使之与RGO复合；
包括以下制备步骤：
利用优化Hummers法制备氧化石墨烯，首先，将制得的氧化石墨利用超声作用剥落来制备单分散氧化石墨烯溶液；其次，分别称取W18O49和g-C3N4溶解在去离子水中，然后加入氧化石墨烯溶液；待充分混匀后，将溶液转移到带聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中；水热反应过后，将灰蓝色的沉淀通过离心分离，并用去离子和乙醇水依次清洗，烘干得到W18O49/g-C3N4/RGO复合光催化剂。
2.一种W18O49/g-C3N4/RGO半导体光催化剂制备方法，其特征在于，所述方法制备的W18O49/g-C3N4/RGO可见光光催化剂应用于光降解甲基橙中。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115025794A (zh) * | 2022-03-02 | 2022-09-09 | 华南理工大学 | 具有可见光响应的ocn/w18o49复合光催化剂及其制备方法与应用 |
| CN116020514A (zh) * | 2023-01-04 | 2023-04-28 | 辽宁大学 | 一种W18O49/C/g-C3N4异质结纳米纤维光催化剂及其制备方法与应用 |
| CN116020514B (zh) * | 2023-01-04 | 2023-12-29 | 辽宁大学 | 一种W18O49/C/g-C3N4异质结纳米纤维光催化剂及其制备方法与应用 |
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