[发明专利]一种2D-2D三氧化钨/类石墨相氮化碳异质结构光催化剂的制备和应用

说明书

本发明公开了一种2D‑2D WO₃/g‑C₃N₄异质结构光催化剂的制备和应用，该异质结构光催化剂是采用热分解的方法制备二维的g‑C₃N₄作为基体，再通过水热的方法合成WO₃纳米片从而构建2D‑2D结构的WO₃/g‑C₃N₄异质结构光催化剂，其中WO₃的质量分数为9‑17%。所述WO₃/g‑C₃N₄异质结构光催化剂是利用卤灯作为可见光光源进行激发（λ≥420 nm），其展示了很高的罗丹明B降解活性，当光照时间持续40分钟，罗丹明B的降解率达到100%。该复合光催化剂制备方法简单，易于操作，原料低廉，是一种适于工业化推广应用的清洁高效和能耗较低的有机污染物治理方法。

技术领域

本发明属于光催化材料的制备领域，具体涉及一种2D-2D WO₃/g-C₃N₄异质结构光催化剂的制备和应用。

背景技术

在光催化领域中，石墨相g-C₃N₄因其是一种窄带隙非金属半导体，带隙约为2.7eV，对可见光有一定的吸收，并且稳定性好、结构和性能易于调控，具有较好的光催化性能，已经引起越来越多科学家的关注。g-C₃N₄是以3-s三嗪环为结构单元，具有类似石墨的层状结构。其中，C和N原子都是sp²杂化的，并且所有原子的P轨道彼此重叠以形成共轭π键，N_p轨道构成g-C₃N₄的HOMO轨道，C_p轨道构成LUMO轨道。这些性质决定了g-C₃N₄是一种有潜力的光催化剂。但是，g-C₃N₄存在光生载流子复合率高的问题，这严重地限制了其广泛推广。因此，众多的科研工作者针对这个不足，提出很多改性和修饰的方法，包括掺杂、有机-无机杂化、半导体复合和敏化等制备方法。其中，半导体复合不仅仅能拓展宽带隙半导体的光吸收范围，还能增强光生载流子的分离和转移效率，是被认为最有效的改性方法。

目前，与g-C₃N₄复合的半导体主要有TiO₂、WO₃、CdS、Bi₂WO₆和BiVO₄等等，这些复合物在有机物污染物降解、产氢或产氧、CO₂还原等方面展示了良好的可见光性能。三氧化钨（WO₃）是一种价格低廉且稳定的过渡金属氧化物，与传统的二氧化钛光催化剂相比，氧化钨是一种更理想的候选物，因为它具有小的带隙能量（2.7 eV），易于制备，无毒且太阳吸收效率高，其对水中污染物的光催化降解率高，特别是重氮染料的降解表现出了显著的催化能力。WO₃在酸性水溶液中具有显著的光稳定性，据报道，甲酸和罗丹明B在WO₃光电极上有效分解（Photoelectrocatalytic materials for environmental applications. J. Mater.Chem., 2009, 19(29): 5089-5121.）。因此，WO₃能作为理想的复合对象与g-C₃N₄复合构建高性能的可见光光催化剂。WO₃不仅仅能显著地增强g-C₃N₄光吸收效率，同时构建的异质结构还能增强光生载流子的分离和迁移，从而提高其光催化反应效率。