本發(fā)明屬于復(fù)合可見(jiàn)光催化劑領(lǐng)域，涉及一種復(fù)合光催化材料的制備方法，特別涉及一種納米wo3/gqds復(fù)合膜光陽(yáng)極的制備方法。

背景技術(shù)：

納米三氧化鎢與二氧化鈦相比，納米wo3相應(yīng)的吸收波長(zhǎng)為410～500nm，且納米wo3比tio2禁帶寬度窄，所以在可見(jiàn)光條件下納米wo3具有更良好的光電響應(yīng)性能，在光電化學(xué)反應(yīng)體系中是一種較為理想的光陽(yáng)極半導(dǎo)體材料。跟普通半導(dǎo)體材料相比，納米wo3是間接帶隙躍遷的，而且價(jià)格低廉、易制備、性能穩(wěn)定、無(wú)毒、無(wú)害，在光電化學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，較普遍的是光解水，除此之外還有光降解有機(jī)污染物及太陽(yáng)能電池等，優(yōu)越的性能也自然引起許多研究小組的關(guān)注。

石墨烯量子點(diǎn)，是一種全新的零維的c納米材料?；谒慕Y(jié)構(gòu)，石墨烯量子點(diǎn)具有很強(qiáng)的熱載流子注入與上轉(zhuǎn)換發(fā)光能力?；谶@兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)，石墨烯量子點(diǎn)在光電學(xué)領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。但是，石墨烯量子點(diǎn)因?yàn)槠鸩捷^晚，在光伏能源，光催化的研究領(lǐng)域較少。由于石墨烯量子點(diǎn)具有長(zhǎng)久的熱力學(xué)穩(wěn)定性，強(qiáng)氧化性及其毒性小，半導(dǎo)體wo3是目前研究應(yīng)用最多的光催化劑。光催化氧化過(guò)程的引發(fā)是由紫外光下產(chǎn)生的光生電子/空穴對(duì)，這個(gè)波長(zhǎng)要比納米wo3對(duì)應(yīng)的帶隙能量小。因?yàn)橐辜{米wo3的活性發(fā)生作用，這個(gè)波長(zhǎng)必須小于可見(jiàn)光波長(zhǎng)，所以，要把它的光吸收擴(kuò)展到可見(jiàn)光范圍內(nèi)?；谶@個(gè)原因，把石墨烯量子點(diǎn)與納米三氧化鎢結(jié)合起來(lái)，研究石墨烯量子點(diǎn)/wo3的光電性能有著重大意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種可見(jiàn)光催化劑納米三氧化鎢/石墨烯量子點(diǎn)復(fù)合材料的制備方法，本發(fā)明方法簡(jiǎn)單，易于操作，所制備的wo3復(fù)合膜具有很高的光催化活性。

具體步驟為：

(1)脈沖陽(yáng)極氧化合成多孔wo3,將鎢片分別在丙酮、乙醇、蒸餾水中各超聲15分鐘。設(shè)置陽(yáng)極氧化脈沖電源參數(shù)，手動(dòng)檔，給定所需頻率50～300hz，選擇所需占空比(能級(jí))為10～30％。電解液為1mol/l的硫酸銨和0.2％的氟化銨。向電解液分別加入含有5～50mg的石墨烯量子點(diǎn)，調(diào)節(jié)電壓到30～100v，陽(yáng)極氧化時(shí)間進(jìn)行5～30min后結(jié)束。最后將陽(yáng)極氧化試片用蒸餾水沖洗，冷風(fēng)吹干，保存待處理。

(2)將步驟(1)中氧化后的鎢片用蒸餾水沖洗干凈，吹干，管式爐中充入氮?dú)猓苁綘t充滿氮?dú)夂螅?℃/min的升溫速度升溫至300～700℃，恒溫3h，待其降溫后取出，得到w箔表面沉積wo3/gqds復(fù)合膜光陽(yáng)極。

所述化學(xué)試劑純度均為化學(xué)純以上純度。

本發(fā)明的有益效果是：

(1)利用馬弗爐，進(jìn)行3小時(shí)的燒結(jié)，這樣會(huì)增強(qiáng)多孔三氧化鎢的結(jié)晶度，也增強(qiáng)光電流。因?yàn)闊Y(jié)后的結(jié)晶度的增強(qiáng)，多孔三氧化鎢有著更好的穩(wěn)定性以及耐光腐蝕性。

(2)本發(fā)明制備的三氧化鎢復(fù)合膜，石墨烯量子點(diǎn)很好的嵌入在多孔三氧化鎢薄膜內(nèi)，復(fù)合膜的厚度得到增強(qiáng)，經(jīng)過(guò)光電性能的測(cè)試，石墨烯量子點(diǎn)對(duì)多孔三氧化鎢薄膜的光電性能有著重要影響，增強(qiáng)了多孔三氧化鎢薄膜光電催化析氧的光電流。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例1制備的wo3/gqds復(fù)合光催化劑燒結(jié)前后的x射線衍射圖，圖中a為燒結(jié)前，b為燒結(jié)后，c為鎢片。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例1制備的wo3及gqds/wo3拉曼光譜圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例1制備的(a，b)石墨烯量子點(diǎn)和(c，d)gqds/wo3的透射電鏡圖。

圖4是本發(fā)明實(shí)施例1制備的wo3/gqds復(fù)合光催化劑燒結(jié)前后的光電流測(cè)試圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：

(1)將鎢片(10mm×50mm)用蒸餾水清洗干凈，然后分別在丙酮、乙醇、蒸餾水水中各超聲15分鐘，然后在50℃干燥箱中烘干備用。設(shè)置陽(yáng)極氧化脈沖電源參數(shù)，手動(dòng)檔，給定所需頻率200hz，選擇所需占空比(能級(jí))為20％。電解液為1mol/l的硫酸銨和0.2％的氟化銨。向電解液分別加入含有5mg的石墨烯量子點(diǎn)，調(diào)節(jié)電壓到50v，陽(yáng)極氧化時(shí)間進(jìn)行30min后結(jié)束。最后將陽(yáng)極氧化試片用蒸餾水沖洗，冷風(fēng)吹干，保存待處理。

(2)將步驟(1)中氧化后的鎢片用蒸餾水沖洗干凈，吹干，陽(yáng)極氧化面朝上放入2cm×5cm的干凈的瓷舟中，管式爐中充入氮?dú)?，待管式爐充滿氮?dú)夂螅?℃/min的升溫速度升溫至450℃，恒溫3h，待其降溫后取出，得到納米wo3/gqds復(fù)合光催化劑。

圖4是本發(fā)明實(shí)施例1制備的wo3/gqds復(fù)合光催化劑燒結(jié)前后的光電流測(cè)試圖。從圖中可以看出來(lái)，沒(méi)有燒結(jié)之前的三氧化鎢，對(duì)光照表現(xiàn)不敏感，對(duì)光沒(méi)有響應(yīng)。光電流明顯增強(qiáng)，是因?yàn)闊Y(jié)后的wo3結(jié)晶度強(qiáng)，結(jié)合力高，這樣電子與空穴不易復(fù)合。燒結(jié)后，多孔三氧化鎢還具有很好的穩(wěn)定性和耐光腐蝕性。

實(shí)施例2：

(1)將鎢片(10mm×50mm)用蒸餾水清洗干凈，然后分別在丙酮、乙醇、蒸餾水水中各超聲15分鐘，然后在50℃干燥箱中烘干備用。設(shè)置陽(yáng)極氧化脈沖電源參數(shù)，手動(dòng)檔，給定所需頻率100hz，選擇所需占空比(能級(jí))為30％。電解液為1mol/l的硫酸銨和0.2％的氟化銨。向電解液分別加入含有10mg的石墨烯量子點(diǎn)，調(diào)節(jié)電壓到50v，陽(yáng)極氧化時(shí)間進(jìn)行20min后結(jié)束。最后將陽(yáng)極氧化試片用蒸餾水沖洗，冷風(fēng)吹干，保存待處理。

(2)將步驟(1)中氧化后的鎢片用蒸餾水沖洗干凈，吹干，陽(yáng)極氧化面朝上放入2cm×5cm的干凈的瓷舟中，管式爐中充入氮?dú)?，待管式爐充滿氮?dú)夂?，?℃/min的升溫速度升溫至450℃，恒溫3h，待其降溫后取出，得到納米wo3/gqds復(fù)合光催化劑。

實(shí)施例3：

(1)將鎢片(10mm×50mm)用蒸餾水清洗干凈，然后分別在丙酮、乙醇、蒸餾水水中各超聲15分鐘，然后在50℃干燥箱中烘干備用。設(shè)置陽(yáng)極氧化脈沖電源參數(shù)，手動(dòng)檔，給定所需頻率200hz，選擇所需占空比(能級(jí))為20％。電解液為1mol/l的硫酸銨和0.2％的氟化銨。向電解液分別加入含有15mg的石墨烯量子點(diǎn)，調(diào)節(jié)電壓到50v，陽(yáng)極氧化時(shí)間進(jìn)行30min后結(jié)束。最后將陽(yáng)極氧化試片用蒸餾水沖洗，冷風(fēng)吹干，保存待處理。

(2)將步驟(1)中氧化后的鎢片用蒸餾水沖洗干凈，吹干，陽(yáng)極氧化面朝上放入2cm×5cm的干凈的瓷舟中，管式爐中充入氮?dú)?，待管式爐充滿氮?dú)夂螅?℃/min的升溫速度升溫至600℃，恒溫3h，待其降溫后取出，得到納米wo3/gqds復(fù)合光催化劑。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種WO3/GQDs復(fù)合光陽(yáng)極的制備方法，解決了WO3光電轉(zhuǎn)換效率較低的問(wèn)題。本發(fā)明以鎢片為基體，含有石墨烯量子點(diǎn)的氟化鈉、硫酸鈉水溶液為電解液，通過(guò)脈沖陽(yáng)極氧化法，制備出含有石墨烯量子點(diǎn)(GQDs)的多孔三氧化鎢復(fù)合膜。將復(fù)合膜在氮?dú)夤苁綘t中，升至300～700℃，保溫3小時(shí)，有利于提高WO3/GQDs復(fù)合膜的結(jié)晶性。相較于單純的WO3薄膜樣品，GQDs/WO3復(fù)合膜光電流明顯增大，且具有很好的循環(huán)壽命。本發(fā)明方法簡(jiǎn)便，易于操作，所制備的GQDs/WO3復(fù)合膜具有很高的光催化活性和穩(wěn)定性。

技術(shù)研發(fā)人員：劉勇平;林劍飛;楊之書;呂慧丹;米喜紅
受保護(hù)的技術(shù)使用者：桂林理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.04.17
技術(shù)公布日：2017.09.15