一种N,Cu-CDs/m-WO3介孔复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于半导体光催化技术领域，具体涉及一种N,Cu

【技术实现步骤摘要】
一种N,Cu-CDs/m-WO3介孔复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于半导体光催化
，具体涉及一种N,Cu-CDs/m-WO3介孔复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]目前全球面临着能源危机和环境污染的严峻挑战，半导体光催化剂作为一种太阳能驱动材料，目前已广泛应用于环境治理、光解水制氢、太阳能电池等多个领域。
[0003]光照激发下，半导体材料中电子可被激发，从价带传至导带中，从而形成电子-空穴对，电子和空穴的分离有利于羟基自由基和超氧自由基等活性氧的生成，活性氧具有超强氧化能力，能绿色高效地降解污染物。在众多半导体材料中，WO3由于其无毒、稳定、成本低、在可见光区吸收等优良性能，已经广泛应用在光催化领域。但同时WO3也存在一些缺点，比如可见光响应能力低、电子-空穴对复合率高，光诱导电子转移速率慢等。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种N,Cu-CDs/m-WO3介孔复合材料，以解决现有半导体光催化材料的吸收光谱窄、电子-空穴复合率高及电子转移能力低的问题。
[0005]本专利技术的第二个目的在于提供上述N,Cu-CDs/m-WO3介孔复合材料的制备方法。
[0006]本专利技术的第三个目的在于提供上述N,Cu-CDs/m-WO3介孔复合材料在光催化降解污染物方面的应用。
[0007]为实现上述目的，本专利技术的N,Cu-CDs/m-WO3介孔复合材料的技术方案是：
[0008]一种N,Cu-CDs/m-WO3介孔复合材料，包括三氧化钨，所述三氧化钨属于单斜晶系，晶胞参数为a＝0.7297nm，b＝0.7539nm，c＝0.7688nm，β＝90.918；所述三氧化钨具有介孔结构；所述三氧化钨的介孔孔道内复合有氮铜共掺杂碳点。
[0009]本专利技术的N,Cu-CDs/m-WO3介孔复合材料，是利用特定结构的介孔三氧化钨和氮铜共掺杂碳点组成异质结复合光催化剂，能显著拓展其光谱响应范围，降低了电子-空穴复合率，实现高效电子转移，增强催化剂的光催化活性和稳定性。
[0010]与传统纳米结构相比，介孔结构具有更高的比表面积使其具有更多的表面活性位点，其有序可调的孔径能更好地与其他材料结合并降解污染物，目前介孔WO3主要用于传感器检测方面，在光催化降解污染物方向应用还比较少。
[0011]为进一步优化其光催化特性，优选的，该介孔复合材料的孔径为15-30nm。比表面积为20-40m2/g。
[0012]碳点(CDs)作为一种尺寸在10nm以下的新型碳纳米材料，具备独特的光学吸收性能、水溶性、上转化能力、低毒特效，但同时单纯CDs存在光学吸收局限于紫外区及电子传递和电子储层性能差的缺点，采用金属和非金属元素共掺杂不仅能够拓宽CDs光学吸收至可见或近红外区，而且能够极大增强其电子转移性能。本专利技术将三氧化钨和氮铜共掺杂碳点(N,Cu-CDs)构建异质结结构后，显著的增强了催化剂的光催化活性和稳定性。
[0013]为进一步优化其光催化活性和全光谱响应特性，优选的，所述三氧化钨和氮铜共掺杂碳点的复合质量比为1：0.01-0.2。以上述质量比复合后，能够有效拓宽材料的光谱吸收范围及电子转移特性，氮铜共掺杂碳点的复合比例过少则不能达到高效全谱响应，过多则阻碍光诱导电子的转移。
[0014]本专利技术的N,Cu-CDs/m-WO3介孔复合材料的制备方法的技术方案是：
[0015]一种N,Cu-CDs/m-WO3介孔复合材料的制备方法，包括以下步骤：将介孔三氧化钨和氮铜共掺杂碳点在水中超声混合后，160-250℃进行水热反应。
[0016]本专利技术的N,Cu-CDs/m-WO3介孔复合材料的制备方法，利用介孔三氧化钨与N,Cu-CDs通过超声协同水热法合成具有均一的介孔结构的复合材料。该方法制备工艺重复性好，介孔孔径均一，产品性质稳定。
[0017]为使N,Cu-CDs更好的进入介孔孔道中，优选的，所述超声时间为5-30min。超声过程能促进介孔孔道中的气泡排出，促进N,Cu-CDs进入孔道中。超声时间过短气泡不能完全排除，过长则会导致部分孔道会塌陷。
[0018]为提高N,Cu-CDs/m-WO3介孔复合材料的稳定性，进一步优化介孔WO3与N,Cu-CDs的结合程度，优选的，所述水热反应的时间为6-12h。
[0019]优选的，所述氮铜共掺杂碳点由包括以下步骤的方法进行制备：将叶酸和掺杂铜盐在水中混合，水热反应，再经过滤、透析和冷冻干燥处理；叶酸和掺杂铜盐中Cu
2+
的摩尔比为4-6：1。进一步优选的，所述掺杂铜盐为Cu(NO3)2、CuCl2、Cu(CH3COO)2中的一种或两种以上组合。
[0020]本专利技术的N,Cu-CDs/m-WO3介孔复合材料的应用的技术方案是：
[0021]上述的N,Cu-CDs/m-WO3介孔复合材料在光催化降解污染物方面的应用。
[0022]本专利技术的N,Cu-CDs/m-WO3介孔复合材料经证明对多种染料及抗生素类环境污染物具有良好的光催化降解性能。
附图说明
[0023]图1为本专利技术实施例2制备的N,Cu-CDs/m-WO3介孔复合材料的SEM图；
[0024]图2为本专利技术实施例2制备的N,Cu-CDs/m-WO3介孔复合材料的50nm-TEM图；
[0025]图3为本专利技术实施例2制备的N,Cu-CDs/m-WO3介孔复合材料的20nm-TEM图；
[0026]图4为本专利技术实施例2制备的N,Cu-CDs/m-WO3介孔复合材料与纯介孔WO3的XRD图；
[0027]图5为本专利技术实施例2制备的N,Cu-CDs/m-WO3介孔复合材料的BET图；
[0028]图6为本专利技术实施例2制备的N,Cu-CDs/m-WO3介孔复合材料与纯介孔WO3的光谱吸收图；
[0029]图7为本专利技术实施例2制备的N,Cu-CDs/m-WO3介孔复合材料与纯介孔WO3的荧光图；
[0030]图8为本专利技术实施例2制备的N,Cu-CDs/m-WO3介孔复合材料在紫外、可见和近红外光下对罗丹明B的降解图；
[0031]图9为本专利技术实施例2制备的N,Cu-CDs/m-WO3介孔复合材料在可见光下罗丹明B的降解颜色变化图；
[0032]图10为本专利技术实施例2制备的N,Cu-CDs/m-WO3介孔复合材料光催化循环使用性测试图；
[0033]图11为本专利技术实施例2制备的N,Cu-CDs/m-WO3介孔复合材料在可见光下对多种污染物的降解图。
具体实施方式
[0034]下面结合具体实施例对本专利技术的实施方式作进一步说明。
[0035]以下对介孔WO3与碳点的制备过程进行说明。
[0036](1)介孔WO3的制备
[0037]将六氯化钨和模板剂PEO-b-PS在溶剂中混合，室温铺盘蒸发，再经干燥和煅烧制得介孔WO3。
[0038]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种N,Cu-CDs/m-WO3介孔复合材料，其特征在于，包括三氧化钨，所述三氧化钨属于单斜晶系，晶胞参数为a＝0.7297nm，b＝0.7539nm，c＝0.7688nm，β＝90.918；所述三氧化钨具有介孔结构；所述三氧化钨的介孔孔道内复合有氮铜共掺杂碳点。2.如权利要求1所述的N,Cu-CDs/m-WO3介孔复合材料，其特征在于，所述介孔结构的孔径为15-30nm。3.如权利要求1所述的N,Cu-CDs/m-WO3介孔复合材料，其特征在于，所述N,Cu-CDs/m-WO3介孔复合材料的比表面积为20-40m2/g。4.如权利要求1-3中任一项所述的N,Cu-CDs/m-WO3介孔复合材料，其特征在于，所述三氧化钨和氮铜共掺杂碳点的复合质量比为1：0.01-0.2。5.一种如权利要求1-4中任一项所述的N,Cu-CDs/m-WO3介孔复合材料的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪天军，李钱生，刘冬，齐巧芳，常开文，闫云辉，杨志军，汪应灵，
申请(专利权)人：新乡医学院，
类型：发明
国别省市：