[發(fā)明專利]一種高濃度鉬摻雜三氧化鎢光催化納米材料及其制備方法與應(yīng)用

在審

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• 申請日: 2020-07-06
• 公開（公告）號: CN111617758A
• 公開（公告）日: 2020-09-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曾妮婷
• 申請（專利權(quán)）人: 曾妮婷
• 主分類號: B01J23/30
• 分類號: B01J23/30;C02F1/30;C02F101/30
• 代理公司: 新余市渝星知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 36124
• 代理人: 廖平

本發(fā)明涉及光催化納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種高濃度鉬摻雜三氧化鎢光催化納米材料及其制備方法與應(yīng)用。該方法包括以下步驟：(1)將六羰基鉬和二硫化四乙基秋蘭姆進行反應(yīng)，得到鉬前驅(qū)體MoL₄；(2)將四硫代鎢酸銨和二乙基二硫代氨基甲酸鈉進行反應(yīng)，得到鎢前驅(qū)體WS(S₂)L₂；(3)將鉬前驅(qū)體和鎢前驅(qū)體進行混合，然后加熱進行熱解反應(yīng)，冷卻后得到納米摻雜粉體材料；(4)可選地，將納米摻雜粉體材料進行超聲、離心，得到高濃度鉬摻雜三氧化鎢納米溶液或懸浮液。本發(fā)明制備的高濃度鉬摻雜三氧化鎢光催化納米材料能增強其在光催化反應(yīng)中對太陽光譜的吸收寬度，從而提高光催化反應(yīng)對太陽光的利用率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光催化納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高濃度鉬摻雜三氧化鎢光催化納米材料及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

近十年來，過渡金屬氧化物(TMO)以及其納米尺度的摻雜引起了人們廣泛的關(guān)注。三氧化鉬和三氧化鎢是寬禁帶半導(dǎo)體(3.0-3.2eV)，其在氣體傳感、光催化、電致變色和光致變色特性，都得到了廣泛的研究和應(yīng)用。然而，摻雜濃度一直受限于制備方法本身，且非均質(zhì)薄膜被報道為在生產(chǎn)過程中遇到的一個挑戰(zhàn)。因此，可控的合成技術(shù)對晶體結(jié)構(gòu)的設(shè)計和原子層次的摻雜以及其工業(yè)應(yīng)用的能力具有重要意義。

同樣屬于半導(dǎo)體光催化劑，被廣泛應(yīng)用的二氧化鈦(TiO2)由于自身的帶隙限制，只能吸收紫外部分光譜，其對太陽光譜的利用率不足5％，所以其在光催化領(lǐng)域的應(yīng)用也一直受限于反應(yīng)效率低下等原因。

三氧化鎢(WO₃)半導(dǎo)體作為光催化劑本身可吸收部分可見光，但由于其光生電子空穴對極易復(fù)合，導(dǎo)致其光催化活性偏低，因此相應(yīng)的修飾摻雜可對三氧化鎢進行改性來提高其光催化效率。

傳統(tǒng)方法上，可以由溶膠-凝膠法基于金屬醇鹽前驅(qū)體的水解作用來解決(中國專利CN105597734A)。也有一系列的分子前驅(qū)體被合成，比如由鎢酸，氧化鉬和雙氧水混合加熱制得納米薄膜(中國專利CN107324389A)。在這些情況下，前驅(qū)體都是在分子尺度上的，雖然這些方法可以有效地生產(chǎn)鉬摻雜三氧化鎢材料，但由于需要通過原子在固態(tài)晶中擴散，通常需要較長的反應(yīng)時間。且由于不同原子的固體擴散速率不相等，可能導(dǎo)致在最終產(chǎn)物中形成二元材料的亞穩(wěn)定相，不易控制摻雜濃度，由這些途徑生產(chǎn)三元材料也會有類似問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的傳統(tǒng)光催化材料二氧化鈦對太陽光利用率不足以及純?nèi)趸u的電子空穴復(fù)合率高導(dǎo)致光催化效率低的問題，提供一種高濃度鉬摻雜三氧化鎢光催化納米材料及其制備方法與應(yīng)用，該方法制備的高濃度鉬摻雜三氧化鎢光催化納米材料，其摻雜比例可調(diào)節(jié)，能降低原三氧化鎢材料中電子空穴復(fù)合率，增強其在光催化反應(yīng)中對太陽光譜的吸收寬度，提高光催化反應(yīng)對太陽光的利用率，并提高光催化降解有機物的效率。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一方面提供了一種高濃度鉬摻雜三氧化鎢光催化納米材料的制備方法，該方法包括以下步驟：

(1)將六羰基鉬和二硫化四乙基秋蘭姆進行反應(yīng)，得到鉬前驅(qū)體MoL₄；

(2)將四硫代鎢酸銨和二乙基二硫代氨基甲酸鈉進行反應(yīng)，得到鎢前驅(qū)體WS(S₂)L₂；

(3)將鉬前驅(qū)體和鎢前驅(qū)體進行混合，然后加熱進行熱解反應(yīng)，冷卻后得到納米摻雜粉體材料Mo_1-xW_xO₃(0.25≤x≤0.75)；

(4)可選地，將納米摻雜粉體材料Mo_1-xW_xO₃(0.25≤x≤0.75) 進行超聲、離心，得到高濃度鉬摻雜三氧化鎢納米溶液或懸浮液 Mo_1-xW_xO₃(0.25≤x≤0.75)；