[发明专利]一种硫化铜-49氧化18钨-石墨烯纳米复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种CuS‑W₁₈O₄₉‑rGO纳米复合材料的制备方法。以分散在WCl₆前驱反应液中的CuS和氧化石墨烯为载体，在溶剂热条件下，氧化石墨烯被还原，同时在溶剂热过程中，W₁₈O₄₉直接在CuS和石墨烯上生长，最终得到CuS‑W₁₈O₄₉‑rGO的复合材料。本发明方法能够通过改变反应液中WCl₆的浓度控制W₁₈O₄₉在复合物中的含量。复合材料的光电和光催化性能均优于纯CuS材料，并且随W₁₈O₄₉在复合物中含量的改变而发生变化。所制备的CuS‑W₁₈O₄₉‑rGO纳米复合材料能够用于光电和光催化领域。

技术领域

本发明属于光催化半导体技术领域,具体涉及一种CuS-W₁₈O₄₉-rGO纳米复合材料的制备方法。

背景技术

对于应用于光催化领域的半导体材料，要实现良好的光催化性能，除了需要具有合适的带隙，对光有较高的吸收利用率之外，其载荷子迁移率要较大，光生电子和空穴能够快速传输到反应位点。采用单一的半导体材料应用于光催化领域时，由于光生电子和空穴随时会发生复合而消失，因此其性能常常不尽如人意。构建半导体异质结，产生内建电场是有效分离电子和空穴的方法。

非化学计量氧化钨（W₁₈O₄₉）为n型半导体，文献报道的纳米W₁₈O₄₉的带隙范围在1.6-2.9eV左右，具有较高的吸光系数。此外，W₁₈O₄₉中存在大量氧空位，这些氧空位能够降低带隙，使材料的吸收边红移，同时氧空位还能提供活性位点从而增强光催化活性。CuS为p型导电材料，CuS纳米材料的带隙可调范围很宽，有文献报道的数据在0-2eV，其空穴的传输速度很快，在4.7K温度下，空穴迁移率高达1440cm²•V^-1•s^-1。将CuS应用于催化领域，可实现较好的光谱吸收和快速的空穴传输。二维石墨烯具有高比表面积和优异的电子传输性，应用于光催化领域，不仅能提高反应物的接触面积，并且能将光生电子快速的从产生的位置传输到反应位点。

将W₁₈O₄₉与CuS和石墨烯复合不仅能拓宽材料的吸光范围，并且能构建分离电子和空穴的异质结，同时，由于CuS和石墨烯分别具有很高的空穴和电子迁移率，分离的电子和空穴能快速的传输到反应位点，能使材料的光催化性能得到提升，在光催化领域具有巨大的应用潜力。

本发明首先采用水热法合成纳米CuS，改良hummer法制备氧化石墨烯，随后在制备W₁₈O₄₉的前驱反应液中加入事先合成的纳米CuS和氧化石墨烯，在溶剂热条件下，氧化石墨烯被还原为石墨烯（rGO），同时W₁₈O₄₉直接在CuS和石墨烯上生长，得到CuS-W₁₈O₄₉-rGO复合材料。可通过改变反应液中钨源的浓度来控制复合物中W₁₈O₄₉的含量，从而得到性能不同的复合材料。这一制备CuS-W₁₈O₄₉-rGO纳米复合材料的方法还未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种CuS-W₁₈O₄₉-rGO纳米复合材料的制备方法。