[发明专利]一种WS2/GQDs/TiO2复合光催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种WS₂/GQDs/TiO₂复合光催化剂及其制备方法和应用。WS₂/GQDs/TiO₂复合光催化剂，包括：二硫化钨、石墨烯量子点以及二氧化钛；石墨烯量子点和二硫化钨负载在二氧化钛表面；WS₂/GQDs/TiO₂复合光催化剂中含有Ti‑O‑C结构，Ti‑O‑C结构能够将石墨烯量子点在可见光下激发的电子定向传递给二氧化钛。本发明的石墨烯量子点作为二氧化钛的敏化剂，提高了二氧化钛对可见光的吸收，石墨烯量子点还作为连接二硫化钨与二氧化钛的桥梁，提供了电子的定向传输，从而减少了二氧化钛光生电子‑空穴对的复合，改善二氧化钛的可见光催化性能。本发明WS₂/GQDs/TiO₂复合光催化剂的制备方法简单，环境友好，能耗低，适于工业化生产。

技术领域

本发明涉及催化剂技术领域，尤其涉及一种WS₂/GQDs/TiO₂复合光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

二氧化钛(TiO₂)作为一种最常用的光催化剂之一，具有价格低廉、性能稳定、无毒、光催化活性高的优点。在污水处理和环境保护等方面具有较好的应用。但是，TiO₂具有较大的禁带宽度，仅能吸收太阳光谱中约5％的紫外光，在可见光区几乎无吸收；而且TiO₂的光生电子-空穴对极易发生复合，使得其光催化效率较低；因此，TiO₂上述两方面的特性限制了其在可见光下的应用。为了增大TiO₂对可见光的吸收，提高其在可见光下的催化效率，人们采用了离子掺杂、半导体复合、染料敏化等方式来修饰二氧化钛。

二硫化钨(WS₂)作为一种间接半导体物质，具有相对较小的禁带宽度，在可见光下具有一定的吸收，同时光生电子-空穴对也极易发生复合。

石墨烯量子点(GQDs)是准零维的纳米材料，粒径大多在10nm左右，厚度只有0.5到1.0nm。石墨烯量子点的内部电子在各方向上的运动都受到限制，所以量子局限效应特别明显，具有很多独特的性质。石墨烯量子点(GQDs)作为石墨烯材料的衍生物，在兼顾了石墨烯优良特性的同时，又依靠量子限域效应和边界效应而具备了光致发光等石墨烯所不具备的性质。石墨烯量子点作为一种既具有石墨烯优异的电子传输性质，又具有半导体的性能的新兴材料，与二氧化钛复合一定程度上可以拓宽二氧化钛的吸光范围，但是并不能极大的提高二氧化钛的可见光催化活性。另外，繁琐的制备和复合过程需要耗费更多的能量，而且有的制备过程还会产生有毒的气体；因此如何对二氧化钛实现简单有效的改性，成为制备复合催化剂的关键问题所在。

发明内容

鉴于此，为了解决TiO₂对可见光吸收低，以及对可见光催化活性低的问题，本发明提供了一种WS₂/GQDs/TiO₂复合光催化剂。

一种WS₂/GQDs/TiO₂复合光催化剂，包括：二硫化钨、石墨烯量子点以及二氧化钛；

所述石墨烯量子点和所述二硫化钨负载在所述二氧化钛表面；

所述WS₂/GQDs/TiO₂复合光催化剂中含有Ti-O-C的结构，所述Ti-O-C的结构将所述石墨烯量子点在可见光下激发的电子定向传递给所述二氧化钛。

进一步，所述二氧化钛、石墨烯量子点和二硫化钨的质量比为1：0.01-0.05：0.002-0.02。

为了解决关于TiO₂的复合光催化剂制备过程中步骤复杂、能耗高，以及污染严重的问题，本发明还提供了一种WS₂/GQDs/TiO₂复合光催化剂的制备方法。