[發明專利]一種p-n異質結型氧化銅-氧化鎢材料及制備方法與應用

有效

• 申請號: 201911100509.2
• 申請日: 2019-11-12
• 公開（公告）號: CN110813307B
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發明（設計）人: 程剛;張夢夢;朱雪騰;楊卡
• 申請（專利權）人: 武漢工程大學
• 主分類號: B01J23/888
• 分類號: B01J23/888;B01J35/02;C07C1/12;C07C9/04
• 代理公司: 浙江千克知識產權代理有限公司 33246
• 代理人: 裴金華

本發明提供一種p?n異質結型氧化銅?氧化鎢材料及制備方法與應用，屬于功能材料、光催化材料制備技術領域。一種p?n異質結型氧化銅?氧化鎢材料，由單斜晶系的氧化銅納米顆粒負載在六方晶系的氧化鎢納米線表面而成，包括以下步驟：（1）將乙酸銨、二水合鎢酸鈉、聚乙烯吡咯烷酮、乙酸溶解得混合溶液，進行水熱反應，得到氧化鎢納米線；（2）將氧化鎢納米線、銅源、氨水加入水中，在冰水浴攪拌條件下加入硼氫化鈉，得到氧化銅?氧化鎢復合材料。通過冰水浴法成功合成了p?n異質結型的氧化銅?氧化鎢復合材料，復合材料化學式為CuO?WO₃,所制備的復合材料中氧化銅納米顆粒均勻的負載在氧化鎢納米線的表面，形成有效接觸，穩定性高。

技術領域

本發明屬于功能材料、光催化材料制備技術領域，具體涉及一種p-n異質結型氧化銅-氧化鎢材料及制備方法與應用。

背景技術

近年來，太陽能的利用一直被視為是解決環境危機和能源短缺問題的潛在途徑。光催化技術也被廣泛的應用于光解水制氫，有機污染物降解以及二氧化碳還原為烴類燃料。其中，二氧化碳光還原一方面可以有效減少二氧化碳排放抑制溫室效應的繼續惡化，另一方面可以提供碳氫燃料以滿足能源需求。然而，在光催化二氧化碳還原過程中，由于C=O鍵具有較高的解離能（~750kJ / mol），因此，需要相對高的能量輸入才能實現CO₂轉化為烴類燃料，這使得二氧化碳光還原表現出較低的效率，合適的半導體光催化劑仍需探索。在各種光催化劑中，氧化鎢作為一種可見光響應光催化劑，帶隙值約為2.4~2.8eV，已被廣泛研究。因其具有強的光吸收，穩定的物理化學性質以及其低導帶電勢可以抑制與CO₂還原競爭的H⁺還原反應而被認為是一種很有前途的半導體光催化劑。其中，一維氧化鎢，由于其一維結構有利于載流子傳輸。然而，氧化鎢具有相對低的導帶電位的特征，使得光生電子表現出較弱的還原性，因此會在一定程度上抑制CO₂還原反應的發生。單一的氧化鎢光催化活性有限，催化效率低，并且單一的氧化鎢保存時對環境有要求，不能在堿性的環境保存，不利于氧化鎢長效發揮催化作用。

發明內容

有鑒于此，本發明提供一種p-n異質結型氧化銅-氧化鎢材料及制備方法與應用，通過冰水浴法成功合成了p-n異質結型的氧化銅-氧化鎢復合材料，復合材料化學式為CuO-WO₃,所制備的復合材料中氧化銅納米顆粒均勻的負載在氧化鎢納米線的表面，形成有效接觸，穩定性高，制備的材料的光催化能力強。

本發明為一種p-n異質結型氧化銅-氧化鎢材料，所述復合材料由單斜晶系的氧化銅納米顆粒負載在六方晶系的氧化鎢納米線表面而成，所述氧化銅的粒徑為20~30nm，氧化鎢為納米線狀結構。

氧化銅作為一種p-型半導體，帶隙為1.35~1.7eV，價帶位置接近CO₂/O₂電勢，由于其電子-空穴易于重組，在光催化中常被作為助催化劑用于提升其他半導體光催化性能。氧化銅作為助催化劑用于修飾氧化鎢，兩者之間匹配的價帶導帶位置可構建p-n結，實現載流子的有效利用。在復合材料的構建過程中，氧化銅納米顆粒與氧化鎢納米線之間的均一且緊密的接觸，以及兩者之間異質結的成功構筑，促進了光子的吸收，實現了光生載流子的高效分離，從而在光照射下表現出較好的光催化性能。

基于前文所述的一種p-n異質結型氧化銅-氧化鎢材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）氧化鎢納米線的合成，將乙酸銨、二水合鎢酸鈉、聚乙烯吡咯烷酮、乙酸加入到水中溶解得混合溶液（其中二水合鎢酸鈉作為鎢源，乙酸銨作為形貌調控劑促進線狀結構形成，聚乙烯吡咯烷酮作為分散劑起到阻聚作用，乙酸提供酸性環境生成氧化鎢），乙酸銨、二水合鎢酸鈉的摩爾比為0.5-4:1，200-250℃進行水熱反應，反應時間為8-10h，水熱反應結束后經離心、洗滌、干燥、冷卻，得到氧化鎢納米線；