[发明专利]一种三维复合光催化材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种三维复合光催化材料及其制备方法，是以WO₃为基体，负载WS₂、WC及MnO₂的三维Z型异质结构光催化复合材料，其制备方法采用分步水热制备WO₃纳米片状基体，而后光沉积MnO₂作为空穴阱，再经水热反应合成较小粒径WC纳米晶体均匀分布的WC@WO₃‑MnO₂，最后将其置于WS₂量子点溶液中混合搅拌，干燥并煅烧制得WS₂QDs@WC@WO₃‑MnO₂。本发明不仅克服了WO₃光生载流子分离效率低的缺陷，还解决了光催化降解过程中WS₂易被光生空穴氧化而失活的难题。同时采用具有类铂效应的非贵金属材料作为构建Z型异质结的电子介体，有效促进基体材料光生载流子分离并拓宽基体材料对可见光的利用，具有广阔的应用前景。

技术领域：

本发明属于环境功能材料合成与应用技术领域，具体涉及一种三维复合光催化材料及其制备方法。

背景技术：

WO₃作为一种新型光催化材料，具有强氧化能力和性质稳定等优势，目前关于WO₃的光催化剂理论研究和制备方法已经较为成熟。然而，在实际应用过程中存在几个技术难题。首先，WO₃材料有较高的禁带宽度，仅在近紫外光区有较高的催化活性，可利用光波长范围有限，对可见光利用效率低，不利于在实际应用过程中有效的利用自然光；此外，WO₃光生电子由于W元素多价态变化而不能被有效导出及利用，从而造成光生载流子分离效率低，从而影响催化活性。因此，如何提高WO₃的分离率避免流失损耗，并且增强可见光吸收利用，促进光生电子空穴的分离，综合提升WO₃催化活性是需要解决的问题。

基于以上内容，本发明提供一种三维复合光催化材料及其制备方法，通过分步水热制备复合光催化材料WS₂ QDs@WC@WO₃-MnO₂，利用WC的类铂效应与一维量子点WS₂良好的导电性能，促进受光激发状态下WO₃跃迁电子的快速转移，以此解决光催化过程中WO₃容易被累积的光电子还原成低价态钨离子从而丧失催化活性的难题；在基体上光沉积MnO₂助催化剂通过空穴阱效应进一步促进WO₃光生载流子的分离，同时复杂结构的构建一定程度上提高了WO₃的沉降性能，避免了WO₃的流失和损耗，具有较好的光催化效果和稳定性。

发明内容：

本发明的第一目的是针对现有技术的不足，提供一种三维复合光催化材料的制备方法；

本发明的第二目的是提供一种三维复合光催化材料。

本发明采用以下技术方案：

(一)一种三维复合光催化材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将Na₂WO₄·2H₂O溶于去离子水中，加酸后得到淡黄色沉淀，随后将混合物转移到内衬聚四氟乙烯的不锈钢水热反应釜中进行水热反应，将所得产物进行煅烧，得到WO₃纳米片；

S2、将MnCl₂、碘酸钾和S1所制备的WO₃纳米片与去离子水混合，超声处理，随后在可见光的照射下进行光沉积反应，将所得产物离心分离后烘干，得到WO₃-MnO₂；