鎢酸鉍量子點及其與石墨烯復合材料的制備方法技術

本發明專利技術涉及鎢酸鉍量子點及其與石墨烯復合材料的制備方法，包括：步驟a：將可溶性鉍鹽和油酸鈉溶于水中攪拌1小時以上形成含鉍離子的乳液狀第一前驅體溶液，所述第一前驅體溶液中油酸鈉的摩爾濃度小于0.3mol/L；步驟b：將可溶性鎢酸鹽溶于水中，攪拌、超聲分散均勻形成含鎢酸根離子的第二前驅體溶液；以及步驟c：混合所述第一前驅體溶液和第二前驅體溶液，120～180℃水熱合成12小時以上。由本發明專利技術方法獲得的鎢酸鉍量子點及其與石墨烯復合材料，鎢酸鉍量子點尺寸在3nm左右，不僅具有極高的光催化活性，還具有極高的穩定性。本發明專利技術制備方法無需特殊設備和苛刻條件，工藝簡單，可控性強，容易實現規模化生產，具有實用性。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種，屬于光催化材料

技術介紹
由于日益加重的環境污染，半導體光催化技術的研究和應用引起了人們的廣泛關注。光催化技術是利用光催化劑吸收光分解有機物的過程。其機理是半導體光催化劑受到光激發產生非平衡載流子即光生電子與空穴，電子與空穴遷移到半導體表面后，由于具有很強的氧化及還原能力，可跟與之接觸的有機污染物發生氧化還原反應，將有機物分解為小分子并最終分解為CO2和水。由于光催化可利用自然界中的光能長期工作，使其在環境污染治理領域有廣闊的應用前景。 光催化技術的核心問題是合適光催化劑的設計、開發與研制。目前的研究主要集中于TiO2基系列光催化劑。但就TiO2而言，存在幾個關鍵的技術難題，如TiO2的帶隙為3. 2eV，僅能被紫外光(只占太陽能的3. 8%)激發，此外TiO2光生載流子的復合率高，量子效率低(不到4%)，難以用于處理數量大、濃度高的工業廢氣和廢水；太陽能的利用率低，僅能吸收占太陽光總能量4%的紫外光,在可見光范圍內幾乎沒有光響應；用于環境治理時，對污染物的吸附性差。鑒于TiO2光催化劑所具有的缺陷，研發新型高效可見光響應性光催化材料，是利用太陽能實現光催化凈化環境的關鍵，也是光催化進一步走向實用化的必然趨勢和發展方向。Bi2WO6光催化劑是最近研究較多的一種新型可見光催化材料，它是一種穩定、無毒的半導體材料，帶隙約為2. 74 2. 90eV,其吸收的閾值波長大于400nm，具有活性高，穩定性強，無毒及寬光譜響應等優點，使其成為目前最具潛力的可見光催化劑。如何進一步提高Bi2WO6光催化劑光催化效率是目前需要解決的技術難題。光催化效率高低本質上受光生電子空穴的分離傳輸效率的影響。因此，要從根本上增加光催化性能，必須提高光生載流子的分離傳輸效率。這可以從兩方面實現，一是合成尺寸極小的光催化材料如量子點。因為載流子傳輸到表面時間與其顆粒尺寸直接相關，尺寸越小，載流子傳輸到表面時間越短，從而降低載流子復合機率而提高光催化性能。但是量子點表面能高，很容易團聚，要發揮量子點的高催化性能，必須將其固定在襯底上。另外一條提高光催化性能的途徑是將光催化材料與其他材料復合。石墨烯具有良好的導電性能。通過氧化石墨獲得的石墨烯表面富含含氧官能團，便于與無機納米顆粒復合形成復合材料。而且石墨烯表面的疏水基團有利于吸附有機污染物。結合石墨烯這些優點，石墨烯作為量子點的襯底，制備石墨烯與量子點復合的光催化材料可以極大提高現有光催化劑的效率。因此實現石墨烯與Bi2WO6量子點復合材料的制備既具有較高的科學價值又具有對環境污染治理的實際意義。CN1951557A公開一種超結構可見光響應的Bi2WO6光催化劑的水熱制備方法，其混合含鉍的鹽和W鹽，加入表面活性劑，控制pHO. 5 7，水熱反應制備Bi2TO6。
技術實現思路
針對現有光催化技術存在的上述問題，本專利技術的目的是提供一種簡單、快捷、可控性高的制備鎢酸鉍量子點及其與石墨烯復合材料的方法，為本領域增添一種高活性鎢酸鉍基可見光催化材料。在此，一方面，本專利技術提供一種制備鎢酸鉍量子點的方法，包括 步驟a :將可溶性鉍鹽和油酸鈉溶于水中攪拌I小時以上形成含鉍離子的乳液狀第一前驅體溶液，所述第一前驅體溶 液中油酸鈉的摩爾濃度小于O. 3mol/L ； 步驟b :將可溶性鎢酸鹽溶于水中，攪拌、超聲分散均勻形成含鎢酸根離子的第二前驅體溶液； 步驟c :混合所述第一前驅體溶液和第二前驅體溶液，120 180°C水熱合成12小時以上。另一方面，本專利技術還提供一種制備鎢酸鉍量子點/石墨烯復合材料的方法，包括將可溶性鉍鹽和油酸鈉溶于水中攪拌I小時以上形成含鉍離子的乳液狀第一前驅體溶液，所述第一前驅體溶液中油酸鈉的摩爾濃度小于O. 3mol/L ;將可溶性鎢酸鹽和石墨烯分散于水中，攪拌、超聲分散均勻形成含鎢酸根離子和石墨烯的第三前驅體溶液；以及混合所述第一前驅體溶液和第三前驅體溶液，120 180°C水熱合成12小時以上。該方法與制備鎢酸鉍量子點的方法的不同之處僅在于在所述步驟b中制備同時含有可溶性鎢酸鹽和石墨烯的第三前驅體溶液，以制備將石墨烯作為鎢酸鉍量子點的襯底的復合材料。所述第一前驅體溶液中鉍離子的摩爾濃度優選為O. 01 O. 04mol/L。所述第一前驅體溶液中油酸鈉的摩爾濃度優選為O. 02 O. 2mol/L。在所述步驟a中攪拌時間優選為I 3小時。所述鉍離子和鎢酸根離子的摩爾比優選為2:1。所述第二前驅體溶液中鎢酸根離子的濃度優選為O. 005 O. 02mol/L。所述第三前驅體溶液中鎢酸根離子的濃度優選為O. 005 O. 02mol/L。所述第三前驅體溶液中石墨烯的含量優選為O. 2 I. Og/L。在所述步驟b中攪拌時間優選為O. 5 2小時。在所述步驟C，所述水熱合成時間優選為12 48小時。所述可溶性鉍鹽可以為硝酸鉍和/或氯化鉍。所述可溶性鎢酸鹽可以為鎢酸鈉和/或鎢酸銨。由本專利技術方法獲得的鎢酸鉍量子點及其與石墨烯復合材料，鎢酸鉍量子點尺寸在3nm左右，復合材料中量子點通過化學鍵牢固地與石墨烯片結合在一起，不僅具有極高的光催化活性，還具有極高的穩定性。復合材料在15分鐘對羅丹明B的降解率達100%，在I. 5小時內對苯酚的降解率可達到80%，而由水熱法制備的納米扮2106在相同條件下對羅丹明B及苯酚的降解率僅為29%與30%。可見石墨烯復合的鎢酸鉍量子點在降解自然條件下難降解的有機污染物方面更有優勢，具有應用前景。本專利技術制備方法無需特殊設備和苛刻條件，工藝簡單，可控性強，容易實現規模化生產，具有實用性。附圖說明圖I是實施例I獲得的石墨烯鎢酸鉍量子點復合材料的X射線衍射(XRD)衍射圖譜； 圖2是實施例I獲得的石墨烯鎢酸鉍量子點復合材料的透射電鏡照片； 圖3是實施例2獲得的鎢酸鉍量子點的透射電鏡照片； 圖4是實施例I獲得的石墨烯鎢酸鉍量子點復合材料及實施例2獲得的鎢酸鉍量子點在太陽光下對羅丹明B降解率的對比曲線 圖5是實施例I獲得的石墨烯鎢酸鉍量子點復合材料及實施例2獲得的鎢酸鉍量子點在太陽光下對苯酚降解率的對比曲線圖。具體實施例方式以下結合附圖及下述實施方式進一步說明本專利技術，應理解，下述實施方式和/或附圖僅用于說明本專利技術，而非限制本專利技術。本專利技術通過水熱法制備鎢酸鉍量子點及其與石墨烯復合材料，作為示例，本專利技術的方法可以包括如下步驟 a)將可溶性鉍鹽，例如硝酸鉍和/或氯化鉍與油酸鈉按一定比例溶解于去離子水中，攪拌一定時間使形成乳液狀前驅體溶液(含鉍離子的乳液狀第一前驅體溶液); b)將可溶性鎢酸鹽，例如鎢酸鈉或鎢酸銨與氧化石墨烯按一定比例溶解在去離子水中攪拌一定時間，并超聲分散均勻，形成含鎢酸根離子的第二前驅體溶液，形成或含鎢酸根離子和石墨烯的第三前驅體溶液； c)將步驟a)獲得的含有鉍離子的前驅體與b)制得的含有鎢酸根離子或鎢酸根離子及氧化石墨烯的前驅體混合，于120 180°C水熱合成12小時以上； d)用有機溶劑洗滌，干燥后獲得鎢酸鉍量子點及其與石墨烯復合材料。在步驟a)中，所述乳液狀前驅體溶液中鉍離子的濃度可為O. 01 O. 04mol/L。油酸鈉的摩爾濃度小于O. 3mol/L，例如O. 02 O. 2mol本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種制備鎢酸鉍量子點的方法：其特征在于，包括：步驟a：將可溶性鉍鹽和油酸鈉溶于水中攪拌1小時以上形成含鉍離子的乳液狀第一前驅體溶液，所述第一前驅體溶液中油酸鈉的摩爾濃度小于0.3？mol/L；步驟b：將可溶性鎢酸鹽溶于水中，攪拌、超聲分散均勻形成含鎢酸根離子的第二前驅體溶液；以及步驟c：混合所述第一前驅體溶液和第二前驅體溶液，120～180℃水熱合成12小時以上。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：王文中，孫松美，
申請(專利權)人：中國科學院上海硅酸鹽研究所，
類型：發明
國別省市：