[發明專利]一種氮化碳/氧化鎢復合空心微球及其制備方法

有效

• 申請號: 201610274264.5
• 申請日: 2016-04-28
• 公開（公告）號: CN105858730B
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發明（設計）人: 楊勇;肖婷婷;張肖陽
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: C01G41/02
• 分類號: C01G41/02;C01B21/082
• 代理公司: 南京理工大學專利中心32203
• 代理人: 鄒偉紅,朱顯國

技術領域

本發明屬于半導體復合材料技術領域，具體涉及一種氮化碳/氧化鎢復合空心微球及其制備方法。

背景技術

氧化鎢無機半導體材料因其獨特的物理化學性質而得到了人們的廣泛關注。目前，氧化鎢半導體已經在光催化、光致變色、氣敏、電致變色、和場發射等領域得到了具體的應用。研究者能夠通過各種途徑制備出多種不同尺寸和形貌的氧化鎢微納米材料，如納米片、納米棒以及空心球等。其中，空心球氧化鎢以其獨特的形貌備受關注，它具有較高的比表面積，優良的承重能力和低密度等優點，這使得氧化鎢有了更為廣闊的應用空間。作為一種n型半導體，氧化鎢具有一定的光催化活性，較窄的禁帶寬度可以使其被可見光激發，其價帶(VB)最上邊緣與TiO₂接近，超過了H₂O/O₂的氧化電勢，因此，氧化鎢帶隙激發所產生的光生空穴可以氧化很多有機物。然而由于氧化鎢的導帶電位太低，光生電子易于與空氣中的O₂反應，導致其光催化活性的下降。為了進一步改善氧化鎢的物理及化學性質，通過形貌調控、元素摻雜以及與不同半導體材料的復合，成為近幾年氧化鎢材料的研究熱點。

專利CN102161510A公開了一種中空多孔氧化鎢球的制備方法，該方法為將鎢酸銨、偏鎢酸銨配置成溶液，采用噴霧干燥設備噴霧干燥制備鎢酸銨、偏鎢酸銨或其混合物的中空粉體，將此粉體放入電爐中加熱制得中空多孔鎢球。但該氧化鎢球制備工藝復雜，且需要特殊的噴霧干燥裝置。專利CN102266783A公開了一種鐵摻雜三氧化鎢光催化劑及其制備方法，以含鎢和含鐵的化合物為前軀體，通過將兩者混合，研磨、高溫煅燒等過程，使原料最終轉化為WO₃和氧化鐵的形式，制得鐵摻雜的三氧化鎢，但該法的復合材料比表面積較小，形貌沒有突出特點，且可見光響應能力不強。

發明內容

本發明的目的是提供一氮化碳/氧化鎢復合空心微球及其制備方法，該微球制備工藝簡單、可控，具有較高的比表面積和良好的可見光響應性，可應用于光催化降解污染物、光伏電池、太陽能電池等多個領域。

實現本發明目的的技術解決方案是：一種氮化碳/氧化鎢復合空心微球，所述微球是由氮化碳、氧化鎢共同構成的空心球殼層結構。

其中，所述的微球中氮化碳的含量為5-10wt%。

上述復合空心微球的制備方法，采用鎢酸鹽和氮化碳前驅體作為原料，以葡萄糖燒結碳球為結構模板，通過水熱法和高溫煅燒制備而成，其具體步驟為：

步驟a) 于0.02～0.05mol/L鎢酸鹽水溶液中加入與鎢酸鹽摩爾比為20:1～30:1的葡萄糖和與鎢酸鹽摩爾比為2:1～8:1的氮化碳前驅體，攪拌0.5～1h，得到均勻的混合溶液；

步驟b) 將步驟a)中所得的混合溶液于180-200℃下水熱反應16～24h，自然冷卻至室溫，離心分離，洗滌，并于60±10℃下真空干燥6～12h，得到氮化碳/氧化鎢復合碳球；

步驟c) 將步驟b)中所得的氮化碳/氧化鎢復合碳球于500～550℃下煅燒2～5h，自然冷卻至室溫，得到氮化碳/氧化鎢復合空心微球材料。

步驟a）中，所述的鎢酸鹽為鎢酸鈉、鎢酸銨中的一種，所述的氮化碳前驅體為三聚氰胺、二氰二胺、單氰胺、尿素中的一種。

步驟b）中，升溫速率為2℃/min。

步驟c）中，升溫速率為2～6℃/min。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

（1）本發明采用鎢酸鹽與氮化碳的前驅體通過水熱反應復合于碳球表面，最后通過煅燒去除碳球模板獲得空心球結構，制備過程簡單、可控。

（2）本發明的氮化碳/氧化鎢復合空心微球具有空心內腔，殼層同時由氮化碳與氧化鎢以一定比例均勻構成，顯示出良好均一性，空心微球具有更大的比表面積，空心內腔能夠提供更多的電磁波傳輸反射路徑，提高材料對外界輻射能量的吸收利用能力。

（3）氮化碳與氧化鎢兩種半導體在殼層中均勻接觸，形成典型的半導體異質結結構，可提高材料對光的響應范圍和光生載流子的分離效率，進而能夠顯著提高材料的光電性能。

下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述。

附圖說明

圖1 為氮化碳/氧化鎢復合空心微球的制備流程圖。

圖2 為實施例5所得氮化碳/氧化鎢復合空心微球不同形貌的SEM照片（a 完整，b 缺口）。