[发明专利]一种石墨烯-WO3

说明书

本发明涉及一种石墨烯‑WO₃/TiO₂复合微球的制备方法。本发明将石墨烯对WO₃/TiO₂复合半导体进行修饰，制备过程简单，不需要额外的表面活性剂以及模板剂的加入，避免了常规的微球的制备过程中，因加入模板剂导致的材料结构破坏等缺陷，且本发明采用的喷雾干燥法，可控性和重复性好，制备周期短，易于用于工业化过程中进行批量生产；制备的石墨烯‑WO₃/TiO₂在400～1000nm的波长范围内，具有增强的可见光吸收，且具有增强的光生载流子利用率，在光催化领域具有实际应用价值。

(一)技术领域

本发明涉及一种石墨烯-WO₃/TiO₂复合微球的制备方法。

(二)背景技术

TiO₂因具有优越的介电效应、催化效率高、良好的化学稳定性和廉价无毒等优点而被认为是最有应用前景的半导体光催化材料，目前TiO₂光催化剂的应用主要集中于环境治理、光催化制氢、太阳能电池、光电传感器等方面。然而TiO₂半导体自身也存在一些不足而限制了其实际应用。首先，TiO₂半导体禁带较宽，只能吸收波长较短的紫外光，而紫外光只占太阳光的5％左右，致使其对太阳光的利用率较低；其次，TiO₂半导体的光生载流子极易复合，使其催化效率大大降低；再次，TiO₂半导体自身导电性较差，其电荷传质扩散能力下降，使其应用范围大大降低。因此，目前关于TiO₂半导体材料的改性研究受到颇多关注。

大量研究表明，半导体复合可以使光生电子-空穴对在不同能级之间运输与传递，使光生载流子的寿命延长，从而量子效率得到提升，WO₃是一种带隙能较低的半导体材料，与TiO₂复合可以形成异质结结构，能够大大提升光生载流子的分离效率，使其利用率得到提升。但半导体自身导电性较差，电荷传质扩散能力低，因此这大大限制了WO₃/TiO₂复合材料在太阳能电池、光解水制氢和超级电容器等方面的应用。

石墨烯是一种具有优良的力学与电学性能，比表面积大，且亲和力较强的碳材料，将石墨烯对WO₃/TiO₂进行修饰来制备石墨烯-WO₃/TiO₂三元复合物，石墨烯表面较多的含氧官能团能够有效促进对污染物的吸附作用，且GO能够充当半导体光生电子-空穴的临时储存场所，使光生载流子的利用率大大提升；其高导电性特性可提供光激发电荷的有效转移，在促进电子传输的同时增加半导体材料的导电性，有效促进光电催化反应。Hao等人(Journal of Industrial and Engineering Chemistry，2017，55：140-148)采用改进的水热法，将WO₃掺杂和GO杂化，在不锈钢高压反应釜中120℃水热反应3h，开发了高效光催化剂TiO₂/WO₃/GO；Liu等人(Catalysis Today,2018,315:155-161)采用WO₃量子点溶胶-凝胶法对GO/TiO₂复合材料进行改性制备的GO/WO₃/TiO₂，因WO₃量子点的制备过程要求较高，购买的试剂成本昂贵，且制备过程中加入的聚合物难以完全除去，因此其制备过程对工艺要求相对较高。但是通过喷雾干燥法连续制备具有增强的可见光光电催化活性的石墨烯-WO₃/TiO₂三元复合材料的工艺方法还未见报道。

(三)发明内容

本发明目的是提供一种工艺简单、具有增强的可见光响应以及光生载流子复合率低的石墨烯-WO₃/TiO₂复合微球的制备方法。

本发明采用的技术方案是：