[发明专利]铋酸铜/氧化钨复合薄膜材料、制备方法及在光催化二氧化碳制甲烷中的应用

说明书

本发明涉及一种铋酸铜/氧化钨复合薄膜材料制备方法，其具体为：1）将负载氧化钨种子层的FTO于钨酸溶液于180℃‑200℃保温8‑10h，自然冷却至室温，经干燥得到FTO表面的片状WO₃薄膜材料；2）将硝酸铜和硝酸铋的混合水溶液旋涂在片状WO₃薄膜材料，然后通过马弗炉置于550‑650℃保温10‑24小时，自然冷却即得到CuBi₂O₄/WO₃复合薄膜材料。该复合薄膜材料廉价易得，结构稳定，可见光催化二氧化碳还原活性高，产物选择性好，且循环稳定好，催化剂回收率高，在光催化技术和CO₂能源化等领域有着广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于薄膜材料制备、及光催化二氧化碳还原技术领域，具体涉及一种铋酸铜/氧化钨（CuBi₂O₄/WO₃）复合薄膜材料、制备方法及其在光催化二氧化碳还原制甲烷中的应用。

背景技术

随着社会和工业的快速发展，化石燃料的大量消耗，大气中的二氧化碳浓度急剧上升。引起全球气候变暖，海平面上升，同时也会造成大气圈和生物圈中碳循环的失衡，使得人类在面临日益严峻能源危机的同时，也要面临着全球气候变暖问题。虽然CO₂可以作为一种潜在碳能源，但其本身化学性质稳定，需要额外的能源输入才能将其活化并转化为可利用的燃料。利用太阳能光催化技术，在水蒸气氛围下将CO₂还原为太阳能燃料的技术，是一种洁净、环境友好型再生新能源方法。光催化技术的关键在于高效稳定的光催化剂的开发。现有商品化的光催化材料P25（TiO₂）虽然表现出一定的光催化性能，但材料的光响应范围过窄，太阳能利用率较低。因此，仍有必要对用于光催化CO₂还原的催化剂进行进一步研究和开发。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术缺陷，提供一种CuBi₂O₄/WO₃复合薄膜材料，其成本低廉、结构稳定、太阳能利用率高、光催化还原CO₂活性高，在光催化CO₂能源化领域有着广泛的应用前景。

本发明还提供了上述CuBi₂O₄/WO₃复合薄膜材料的制备方法及其在光催化二氧化碳还原为甲烷的应用。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种铋酸铜/氧化钨复合薄膜材料的制备方法，其包括如下步骤：

1）制备WO₃种子层：

将钨酸与双氧水混合后，于50-80℃回流搅拌1.5-3.5小时得到钨酸溶液，然后旋涂于洁净的FTO导电玻璃表面，于450-600℃保温1-3小时，得到负载WO₃种子层的FTO导电玻璃；

2）水热制备片状WO₃薄膜：

取部分步骤1）中的钨酸溶液与乙腈、盐酸混匀获得溶液A，然后将步骤1）得到的负载WO₃种子层的FTO导电玻璃置于溶液A中，密封条件下于180-200℃保温6-10小时（预反应以促进水合氧化物的生成），自然冷却至室温，取出FTO导电玻璃并清洗、烘干，然后于450-600℃保温1-3小时，自然冷却至室温，即获得WO₃薄膜；

3）CuBi₂O₄/WO₃复合薄膜：