三氧化钨与石墨烯的复合材料

近年来,三氧化钨(WO3)作为一种极具潜力的新型光催化材料引起了研究者们的广泛关注。WO3是一种稳定、无毒、无害的过渡金属氧化物,禁带宽度较低约2.6-2.7eV (禁带宽度的大小在很大程度上影响着半导体光催化剂的催化活性,禁带宽度越窄,吸收波长越容易发生红移,可见光利用率就越高,即催化活性好),具有较高的太阳光吸收效率。为了提高WO3的光催化活性,有研究者通过复合其他材料来达到此目的,石墨烯就是一种不错的选择。

石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜,只有一个碳原子厚度的二维材料。目前石墨烯是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料,因为它具有非常稳定的结构,各碳原子之间非常柔韧地连接在一起,当施加外力时,碳原子面就会弯曲变形,不需要碳原子进行重新排列来适应外力,这样就可以保持结构的稳定。这种稳定的晶格使得碳原子具有优秀的导电性,进而电子能够在石墨烯中高效地进行迁移。因此三氧化钨与石墨烯复合得到纳米WO3/石墨烯复合光催化剂。
三氧化钨图片采用水热法合成纳米WO3/石墨烯复合光催化剂,以Na2WO4•2H2O 为钨源,以HBF4 为表面控制剂。所有的化学试剂均为分析纯,使用前未经进一步纯化。具体步骤如下:

(1)准确称取0.0010 g 的氧化石墨烯于100 mL 小烧杯中,再加入20 mL 异丙醇,覆上保鲜膜,超声2h,记为溶液A;
(2)上述溶液超声1h的时候,另外称取1g Na2WO4•2H2O 于100 mL 小烧杯中,后加入20 mL的HBF4,覆上保鲜膜,在磁力搅拌器中搅拌至产生淡黄色沉淀,反应约1h,记为溶液B;
(3)超声结束后,将溶液A 倒入溶液B 中,继续磁力搅拌约30 min,然后取出磁子,将该烧杯放在超声清洗仪里超声约30min;
(4)将上述混合溶液倒入50 mL 聚四氟乙烯内胆的反应釜,密封后放入烘箱中于120℃下反应12h后取出。自然冷却到室温,弃去上清液,得到沉淀;
(5)将所得产品用二次水和无水乙醇洗涤多次至中性,在60℃烘箱中干燥,得到样品。

该方法可简化制取步骤,减少污染,而石墨烯的加入使得金属三氧化钨纳米粒子很好地分散在纳米材料基底上,可抑制它们的团聚,使其具有更高的比表面积、更高的反应活性和选择性。

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