[发明专利]氧化钨纳米棒/碳化钛量子点/硫化铟纳米片Z型异质结复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了氧化钨纳米棒/碳化钛量子点/硫化铟纳米片Z型异质结复合材料及其制备方法与应用，利用多次冻融加超声方法制备碳化钛量子点，之后将水热法制备的三氧化钨纳米棒置于碳化钛量子点水溶液中，搅拌后静置，得到负载量子点的氧化钨纳米棒；铟化合物和硫化合物在乙二醇溶剂中搅拌混合均匀后，再加入上述负载量子点的氧化钨纳米棒并在恒温下回流反应，得到所述复合材料。本发明中的碳化钛量子点能够在不同的半导体界面处提供优良的电子传输通道，拓宽了材料的光吸收范围，提高了材料对太阳光的利用率。本发明Z型异质结复合材料能够显著提高光催化效率，在可见光下去除水体中双酚A和六价铬的性能均优于三氧化钨/硫化铟。

技术领域

本发明属于无机纳米复合材料及光催化技术领域，具体涉及一种氧化钨纳米棒/碳化钛量子点/硫化铟纳米片Z型异质结复合材料的制备方法及其在可见光条件下分别有效去除水体中双酚A和六价铬的应用。

背景技术

太阳光是取之不尽用之不竭的能源，光催化降解污染物由于具有绿色、节能、高效等特点，是近年来处理污染物最有效的方法之一。随着催化技术的发展，量子点材料在近期的研究中逐渐展现出较强的竞争力。量子点是一种零维的纳米材料，粒径一般介于1-100nm，由于体积较小产生量子限制会导致带隙扩大，使其具有更好的理化性质可调性，更丰富的活性边缘位点以及更好的分散性。新型二维层状化合物碳化钛作为一种过渡金属碳化物，具有良好的导电性、化学稳定性和丰富的活性催化位点。现有技术提供了一种有机无机杂化超滤膜，利用了Ti₃AlC₂作为前驱颗粒，依次对其进行酸溶除Al，表面乙酰化改性，利用了Ti₃AlC₂除Al后具有多孔结构，使得水通量提高，并且通过乙酰化改性之后，使得制备得到的超滤膜的表面粗糙度明显降低，在对于高分子污染体系的过滤当中表现出更好的耐污染性。现有技术公开了立方状二氧化钛/二维层状纳米碳化钛复合材料的制备,方法首先制备合成出高纯度的三元层状Ti₃AlC₂陶瓷块体，高能球磨成细化粉体；再将其浸没在氢氟酸溶液中反应，一段时间后用去离子水离心清洗，再用无水乙醇清洗、干燥，得到二维层状纳米材料MXene-Ti₃C₂；氧化气氛下热处理保温氧化MXene-Ti₃C₂活性Ti终端表面形成TiO₂，即得TiO₂/MXene-Ti₃C₂纳米复合材料，MXene-Ti₃C₂的片层均匀、比表面积大和导电性良好，TiO₂具有颗粒细小且分布均匀、光催化性能良好以及亲生物性良好等特点，有利于在光催化、废水处理、锂离子电池、超级电容器以及生物传感器等领域的应用。但是，目前尚未见将二维层状化合物碳化钛制备成量子点构建Z型异质结复合材料用于水处理的报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种在可见光响应的氧化钨纳米棒/碳化钛量子点/硫化铟纳米片Z型异质结复合材料及其制备，所构建的复合材料可以在可见光的照射下分别实现对于水体中双酚A和六价铬的有效去除。

本发明首先利用多次冻融加超声的方法制备碳化钛量子点，之后将水热法制备的三氧化钨纳米棒置于碳化钛量子点水溶液中，搅拌后静置，得到负载量子点的氧化钨纳米棒；铟化合物和硫化合物搅拌混合均匀后，再加入上述负载量子点的氧化钨纳米棒并在恒温下回流反应，得到氧化钨纳米棒/碳化钛量子点/硫化铟纳米片Z型异质结复合材料。本发明中碳化钛量子点能够在不同的半导体界面处提供优良的电子传输通道，所构建的复合材料能够直接吸收利用可见光，提高了材料对太阳光的利用率。与未引入量子点的三氧化钨/硫化铟复合材料相比，本发明构建的Z型异质结复合材料能够显著提高光催化效率。实验证实，三氧化钨/碳化钛量子点/硫化铟复合材料在可见光下分别去除水体中双酚A和六价铬的性能均明显优于三氧化钨/硫化铟。

为了达到上述目的，本发明采用如下具体技术方案：