复合光催化材料的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于纳米复合材料和环境治理中光催化技术领域，特别涉及一种制备WO3/g-C3N4复合光催化材料的方法。
【背景技术】
[0002]随着现代工业技术的发展，能源和环境问题日益严重，引起了全球范围的广泛重视。半导体光催化技术，因其反应条件温和，无二次污染，以及利用太阳能为驱动力，在新能源的开发和有机污染物光降解方面具有巨大的潜在价值。然而，目前制约光催化材料在实际生产中应用的主要原因是太阳能利用率低、光催化剂稳定性不够从而无法长期循环利用。因此，为了更好的利用太阳能，制备出高效、稳定的可见光催化材料对解决目前的能源和环境问题具有重大意义。
[0003]近来，不含金属元素的聚合物石墨相氮化碳(g-C3N4)作为一种新型的可见光响应半导体材料，在光催化制氢和光催化降解废水等方面显示了良好的应用前景。它主要由C和N两种非金属元素组成，石墨相氮化碳与石墨的结构相似，具有堆积的二维结构，通常被认为是石墨中的碳原子被氮原子所取代而形成的J1-Ji共轭体系的平面结构。尽管石墨相氮化碳作为光催化材料具有对可见光响应、化学稳定性好;但单一的g_C3N4光催化性能不高，因此需要采取一些方法来进一步增强g_C3N4的光催化活性，半导体复合是提高光催化活性和稳定性的有效策略，它是将具有不同导带和价带的半导体进行复合，利用它们匹配的能带位置，有效地分离光生电荷载流子，延长光生载流子的寿命，提高光催化活性。
[0004]由于g-C3N4与WO3两者之间具着匹配的能带结构，二者形成复合材料在光照下g-C3N4表面生成的光生电子可有效转移至WO3表面，而WO3表面生成的光生空穴也能很好地迀移至g-C3N4，从而实现光生载流子的有效分离，提高了催化剂的光催化活性和稳定性。
[0005]传统制备W03/g-C3N4复合光催化材料的方法，往往是用预先制备好的WOdPg-C3N4粉末固相或液相直接混合。这种制备工艺虽较简便，但不能使WO3和g-C3N4形成紧密接触，因此降低了二者间的能级匹配作用，影响了可见光催化活性的提高。我们利用沉淀-煅烧法在g-C3N4表面直接原位生成WO3纳米片，获得二者紧密接触的W03/g-C3N4可见光催化剂，由于二者紧密接触，光生载流子迀移传输的阻抗小，分离效率高，实验证明，采用原位沉淀-煅烧法制备的W03/g-C3N4复合材料在可见光下降解罗丹明B这类污染物的光催化活性明显优于传统机械混合法制备的W03/g-C3N4复合材料的光催化性能。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是提供一种制备W03/g_C3N4复合光催化材料的方法，有效的解决了现有技术制备W03/g-C3N4复合光催化材料时，WO3和g-C3N4不能有效的紧密接触，致使二者间的能级匹配作用降低，光催化性能效果相对较差的缺陷。
[0007]本发明解决上述技术问题的技术方案如下:一种制备W03/g_C3N4复合光催化材料的方法，包括以下步骤:
[0008]步骤一:将三聚氰胺或尿素原料，装入氧化铝坩祸内，封盖后放入马弗炉内，在空气气氛下煅烧，以5?20°C/分钟的速率升至500?600°C，进行煅烧，并在该温度下保温3?5小时，待自然冷却至室温后取出产物研细，获得黄色或淡黄色的g_C3N4粉末；
[0009]步骤二:将步骤一得到的g-C3N4粉末加入去离子水中，超声分散0.5?I小时，使g-C3N4均勾分散，得到g-C3N4分散液；
[0010]步骤三:向步骤二得到的g-C3N4分散液中加入Na2WO4.2H20，磁力搅拌0.5小时，使其完全溶解，待反应温度升至80°C后，缓缓加入浓盐酸溶液，搅拌5?30分钟后，停止搅拌，静置24?48小时，得到沉淀物；上述浓盐酸与Na2WO4.2H20的反应过程为，Na2W04+2HCl —WO3.H20+2NaCl ；
[0011]步骤四:将步骤三得到的沉淀物经离心、洗涤、分离处理后，在60°C温度下真空干燥8小时；
[0012]步骤五:将步骤四得到的产物研磨成粉末状，放入氧化铝坩祸内，封盖后放入马弗炉内，在空气气氛下煅烧，以5?20°C/分钟的速率升至400?500°C，并在该温度下保温I?3个小时，得到W03/g-C3N4的复合光催化材料；制备该材料反应过程具体为，WO3.H20+g-C3N4^W03/g-C3N4+H20o
[0013]进一步，所述步骤二中，g-C3N4粉末加入去离子水后所得溶液的固液比为0.0112g/mL-0.112g/mL。
[0014]进一步，所述步骤三中Na2WO4.2H20的加入量与步骤二中g_C3N4粉末的加入量的质量比为 1:0.71—4.22。
[0015]进一步，所述步骤三中加入的浓盐酸溶液的浓度为10mol/L，加入的浓盐酸体积与g-C3N4分散液的体积比为15:50。
[0016]本发明的有益效果是:该方法制得的WO3和g_C3N4二者间具有更加紧密的接触，从而光生电子-空穴能在二者间更有效地分离，该材料光催化效率显著增强。
【附图说明】
[0017]图1为本发明的制备W03/g_C3N4复合光催化材料的方法的实施例一至四所制备的W03/g-C3N4复合光催化材料和WO3纳米片及g-C3N4的X射线衍射谱图；
[0018]图2为本发明的制备W03/g_C3N4复合光催化材料的方法所制备的WO3纳米片的扫描电子显微镜照片图；
[0019]图3为本发明的制备W03/g_C3N4复合光催化材料的方法所制备的g_C3N4的扫描电子显微镜照片图；
[0020]图4为本发明的制备W03/g-C3N4复合光催化材料的方法所制备的W03/g_C3N4的扫描电子显微镜照片图；
[0021 ]图5为本发明的制备W03/g_C3N4复合光催化材料的方法所制备的WO3纳米片、g_C3N4和W03/g-C3N4复合光催化材料的紫外-可见漫反射吸收光谱图；
[0022 ]图6为本发明的制备W03/g-C3N4复合光催化材料的方法所制备的W03/g-C3N4复合光催化材料与所制备的WO3纳米片、g-C3N4粉末降解有机染料罗丹明B的曲线图；
[0023]图7为本发明的制备W03/g-C3N4复合光催化材料的方法制备的W03/g_C3N4复合光催化材料与同质量比情况下采用机械混合法制备的W03/g-C3N4复合物对罗丹明B的可见光催化效果图。
【具体实施方式】
[0024]以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
[0025]首先，采用本发明的制备W03/g_C3N4复合光催化材料的方法制备WO3，具体过程为:取0.79gNa2W04.2出0溶解于盛有501^去离子水的10011^锥形瓶中，磁力搅拌0.5小时，使Na2WO4.2H20完全溶解;将上述溶液放置于80°C油浴锅中，待溶液温度升至80°C，逐滴加入15mL浓度为10摩尔/升的浓盐酸溶液，搅拌5分钟后，停止搅拌，80°C下静置24小时。取出制得的产物离心分离得黄色沉淀物，分别用去离子水和乙醇洗涤，然后将产物于60°C下真空干燥8小时。产物经洗涤干燥后，装入氧化铝坩锅内，加盖后放入马弗炉中，在空气气氛下以5°C/分钟的速率升至400°C，并保温2小时，待自然冷却至室温后取出研细，获得淡黄色的WO3纳米片材料。图1和图2分别为制备的WO3的X射线衍射图和扫描电子显微镜照片。从图1可见WO3属于单斜晶系(JCPDS:43-1035)，未见有杂质衍射峰，表明制备的WO3具有较高的纯度，由图2可知，W03呈片状结构，片的大小约为200?300nm，厚度约为20?50nm。
[0026]采用发明的制备W03/g_C3N4复合光催化材料的方法制备g_C3N4粉末，具体过程为:称取1g三聚氰胺原料粉末经研磨后，装入氧化铝坩祸内，封盖后放入马弗炉内，在空气气氛下，以5°C/分钟的速率升至550°C，并在该温度下保温4小时，待自然冷却至室温后取出研细，获得黄色的g-C3N4粉末，制得的g_C3N4粉末的X射线衍射图和扫描电子显微镜照片如图1和图3所示。
[0027]实施例一:本实施例的制备W03/g_C3N4复合光催化材料的方法制备过程如下:
[0028]称