一種WO3/石墨烯量子點複合膜光陽極的製備方法與流程

2023-05-06 01:02:21

本發明屬於複合可見光催化劑領域，涉及一種複合光催化材料的製備方法，特別涉及一種納米wo3/gqds複合膜光陽極的製備方法。

背景技術：

納米三氧化鎢與二氧化鈦相比，納米wo3相應的吸收波長為410～500nm，且納米wo3比tio2禁帶寬度窄，所以在可見光條件下納米wo3具有更良好的光電響應性能，在光電化學反應體系中是一種較為理想的光陽極半導體材料。跟普通半導體材料相比，納米wo3是間接帶隙躍遷的，而且價格低廉、易製備、性能穩定、無毒、無害，在光電化學領域得到了廣泛應用，較普遍的是光解水，除此之外還有光降解有機汙染物及太陽能電池等，優越的性能也自然引起許多研究小組的關注。

石墨烯量子點，是一種全新的零維的c納米材料。基於它的結構，石墨烯量子點具有很強的熱載流子注入與上轉換發光能力。基於這兩個優點，石墨烯量子點在光電學領域有著廣闊的應用前景。但是，石墨烯量子點因為起步較晚，在光伏能源，光催化的研究領域較少。由於石墨烯量子點具有長久的熱力學穩定性，強氧化性及其毒性小，半導體wo3是目前研究應用最多的光催化劑。光催化氧化過程的引發是由紫外光下產生的光生電子/空穴對，這個波長要比納米wo3對應的帶隙能量小。因為要使納米wo3的活性發生作用，這個波長必須小於可見光波長，所以，要把它的光吸收擴展到可見光範圍內。基於這個原因，把石墨烯量子點與納米三氧化鎢結合起來，研究石墨烯量子點/wo3的光電性能有著重大意義。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種可見光催化劑納米三氧化鎢/石墨烯量子點複合材料的製備方法，本發明方法簡單，易於操作，所製備的wo3複合膜具有很高的光催化活性。

具體步驟為：

(1)脈衝陽極氧化合成多孔wo3,將鎢片分別在丙酮、乙醇、蒸餾水中各超聲15分鐘。設置陽極氧化脈衝電源參數，手動檔，給定所需頻率50～300hz，選擇所需佔空比(能級)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，調節電壓到30～100v，陽極氧化時間進行5～30min後結束。最後將陽極氧化試片用蒸餾水衝洗，冷風吹乾，保存待處理。

(2)將步驟(1)中氧化後的鎢片用蒸餾水衝洗乾淨，吹乾，管式爐中充入氮氣，待管式爐充滿氮氣後，以5℃/min的升溫速度升溫至300～700℃，恆溫3h，待其降溫後取出，得到w箔表面沉積wo3/gqds複合膜光陽極。

所述化學試劑純度均為化學純以上純度。

本發明的有益效果是：

(1)利用馬弗爐，進行3小時的燒結，這樣會增強多孔三氧化鎢的結晶度，也增強光電流。因為燒結後的結晶度的增強，多孔三氧化鎢有著更好的穩定性以及耐光腐蝕性。

(2)本發明製備的三氧化鎢複合膜，石墨烯量子點很好的嵌入在多孔三氧化鎢薄膜內，複合膜的厚度得到增強，經過光電性能的測試，石墨烯量子點對多孔三氧化鎢薄膜的光電性能有著重要影響，增強了多孔三氧化鎢薄膜光電催化析氧的光電流。

附圖說明

圖1是本發明實施例1製備的wo3/gqds複合光催化劑燒結前後的x射線衍射圖，圖中a為燒結前，b為燒結後，c為鎢片。

圖2是本發明實施例1製備的wo3及gqds/wo3拉曼光譜圖。

圖3是本發明實施例1製備的(a，b)石墨烯量子點和(c，d)gqds/wo3的透射電鏡圖。

圖4是本發明實施例1製備的wo3/gqds複合光催化劑燒結前後的光電流測試圖。

具體實施方式

實施例1：

(1)將鎢片(10mm×50mm)用蒸餾水清洗乾淨，然後分別在丙酮、乙醇、蒸餾水水中各超聲15分鐘，然後在50℃乾燥箱中烘乾備用。設置陽極氧化脈衝電源參數，手動檔，給定所需頻率200hz，選擇所需佔空比(能級)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，調節電壓到50v，陽極氧化時間進行30min後結束。最後將陽極氧化試片用蒸餾水衝洗，冷風吹乾，保存待處理。

(2)將步驟(1)中氧化後的鎢片用蒸餾水衝洗乾淨，吹乾，陽極氧化面朝上放入2cm×5cm的乾淨的瓷舟中，管式爐中充入氮氣，待管式爐充滿氮氣後，以5℃/min的升溫速度升溫至450℃，恆溫3h，待其降溫後取出，得到納米wo3/gqds複合光催化劑。

圖4是本發明實施例1製備的wo3/gqds複合光催化劑燒結前後的光電流測試圖。從圖中可以看出來，沒有燒結之前的三氧化鎢，對光照表現不敏感，對光沒有響應。光電流明顯增強，是因為燒結後的wo3結晶度強，結合力高，這樣電子與空穴不易複合。燒結後，多孔三氧化鎢還具有很好的穩定性和耐光腐蝕性。

實施例2：

(1)將鎢片(10mm×50mm)用蒸餾水清洗乾淨，然後分別在丙酮、乙醇、蒸餾水水中各超聲15分鐘，然後在50℃乾燥箱中烘乾備用。設置陽極氧化脈衝電源參數，手動檔，給定所需頻率100hz，選擇所需佔空比(能級)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，調節電壓到50v，陽極氧化時間進行20min後結束。最後將陽極氧化試片用蒸餾水衝洗，冷風吹乾，保存待處理。

(2)將步驟(1)中氧化後的鎢片用蒸餾水衝洗乾淨，吹乾，陽極氧化面朝上放入2cm×5cm的乾淨的瓷舟中，管式爐中充入氮氣，待管式爐充滿氮氣後，以5℃/min的升溫速度升溫至450℃，恆溫3h，待其降溫後取出，得到納米wo3/gqds複合光催化劑。

實施例3：

(1)將鎢片(10mm×50mm)用蒸餾水清洗乾淨，然後分別在丙酮、乙醇、蒸餾水水中各超聲15分鐘，然後在50℃乾燥箱中烘乾備用。設置陽極氧化脈衝電源參數，手動檔，給定所需頻率200hz，選擇所需佔空比(能級)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，調節電壓到50v，陽極氧化時間進行30min後結束。最後將陽極氧化試片用蒸餾水衝洗，冷風吹乾，保存待處理。

(2)將步驟(1)中氧化後的鎢片用蒸餾水衝洗乾淨，吹乾，陽極氧化面朝上放入2cm×5cm的乾淨的瓷舟中，管式爐中充入氮氣，待管式爐充滿氮氣後，以5℃/min的升溫速度升溫至600℃，恆溫3h，待其降溫後取出，得到納米wo3/gqds複合光催化劑。