一种钨酸铋纳米复合材料及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001]本发明属于负载型半导体材料的制备技术领域，具体涉及一种钨酸铋纳米复合材料。
【背景技术】
[0002]随着社会和经济的快速发展，能源危机和环境恶化已变为全球亟待解决的问题。如何开发高效、环保、低成本的能源已变得迫不及待。太阳能作为一种理想、高效、可再生的能源已被更多研宄者所关注，故此科学家将大量的工作投入光敏化材料的制备和运用当中。钨酸铋是一种优良的光敏化材料，由于其窄的带系、稳定和低价格等特点，已被广泛的应用与工业生产中。但是由于半导体超高的载流子效率，故导致其光电转换效率和催化性能很低。为了进一步提高半导体的载流子的分离，目前常见的方法是负载贵金属和准金属如:氧化还原石墨稀。而负载的纳米材料较纯的纳米材料，更能表现出高的光电化学性质和催化性能。此外，这种复合材料合成方法简单，成本较低，易于大规模生产。
[0003]与纯的纳米材料相比，纳米复合材料因在电学、光学、热学上的显著性质而吸引了广泛的关注。随着纳米科学与技术的进一步发展，纳米复合材料也将会广泛应用于电化学传感、产氢和产氧。
【发明内容】
[0004]为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种钨酸铋纳米复合材料，在钨酸铋上负载了氧化石墨烯和银；为此，本发明还提供其制备方法和应用。
[0005]本发明提供一种钨酸铋纳米复合材料的制备方法，步骤如下:
(I)将Na2WO6.2H20和油酸钠溶解在二次蒸馏水中，超声使其形成透明的液体，标记为A ;之后将Bi (NO3)3.5H20、lmg/mL的氧化石墨烯(GO)和二次蒸馏水混合，超声形成棕色均匀的液体，标记为B ;然后将A、B混合搅拌，待均匀后将其转移至密封的耐高压反应釜中反应，冷却，过滤得沉淀，将沉淀洗涤干燥后，得到黑色的rG0/Bi2W06纳米复合材料；
(2 )将步骤(I)得到的rG0/Bi2W06m米复合材料分散到无水乙醇中，将硝酸银溶解在有机溶剂中，将二者混合，在氙灯下照射，得到银负载的rG0/Bi2W06/Ag纳米复合材料。
[0006]在本发明的rG0/Bi2W06/Ag纳米复合材料中，Ag不仅可以促使载流子的分离，还可以自身被敏化，进而具有催化的能力。
[0007]优选地，每30mL 二次蒸馏水和1ml氧化石墨烯中油酸钠的加入量为2.2mM，Na2WO6.2H20 的加入量为 0.4mM，Bi (NO3)3.5H20 的加入量为 0.4mM ;每 120mgrG0/Bi2W06纳米复合材料中，硝酸银为0.000014molo
[0008]在上述条件下制备得到的复合材料性能(光催化性等)最佳。
[0009]优选地，步骤(I)中所述在耐高压反应釜中水热反应的反应温度为160 °C，水热反应时间为18小时。
[0010]水热反应的目的是简单快捷的创造一个高温高压的环境，便于材料结晶度的增加和好的形貌。而选择在160°C下反应既是为了充分反应，又是为了提高钨酸铋结晶度，因为钨酸铋在130°C下结晶度很低。
[0011]优选地，步骤(I)中将沉淀洗涤是将沉淀依次用正己烷和无水乙醇洗涤。
[0012]正己烷是为了除去混合液中的油酸钠，无水乙醇是为了出去多余的正己烷。
[0013]优选地，步骤(I)中氧化石墨烯的制备方法为:在每1.5g石墨粉中加入浓硫酸和浓磷酸的混合液200ml，其中浓硫酸和浓磷酸的体积比为9:1，边搅拌边加入高锰酸钾
9.0g，在50°C下搅拌12h，搅拌完成后，向其中加入过氧化氢6ml，用二次蒸馏水洗涤使其pH=7，然后加入10ml乙醇，超声5小时制备得到氧化石墨烯。
[0014]优选地，步骤(2)中所述有机溶剂为乙二醇。
[0015]这里的乙二醇是一种牺牲剂。而常用的牺牲剂有甲醇，乙醇，乙二醇等。乙二醇因不易挥发和能够更好的给出电子而被选用。
[0016]优选地，步骤(2)中在氙灯下照射是在150w氙灯下照射30分钟。
[0017]首先光还原沉积Ag是一种绿色环保的方法。其次光照以后钨酸铋被激发产生电子和空穴，故电子和空穴会很快的转移到半导体的表面，而溶液中的Ag+会捕获光生电子而变为Ag单质，这样电子会被消耗从而抑制了电子和空穴的复合，进一步的促进了光催化效率。而选择30min是因为此条件下光还原沉积的Ag的量是合适。否则时间长了 Ag的量会很多，会削弱钨酸铋本身的光捕获位点，进而降低光催化效率，而时间短了 Ag的量会很少，起不到电子和空穴分离的效果。
[0018]优选地，步骤(2)中得到银负载的rG0/Bi2W06/Ag纳米复合材料后，依次用二次蒸馏水和无水乙醇洗涤。
[0019]本发明的第二个目的是提供应用上述方法制备得到的钨酸铋纳米复合材料。
[0020]本发明的第三个目的是提供一种光催化剂，其有效成分为上述钨酸铋纳米复合材料。
[0021]本发明的第三个目的是提供上述钨酸铋纳米复合材料在制备光催化剂和光催化降解染料中的应用。
[0022]在纳米复合材料中，rG0/Bi2W06/Ag的纳米材料具有好的光催化性降解能力。与此同时，rG0/Bi2W06/Ag纳米复合材料有望用于光合作用的产氧过程。
[0023]本发明成功地将Ag负载于rG0/Bi2W(U:，此过程既促进了 Bi 2W06的光生载流子的分离又延长载流子的寿命，与此同时由于银粒子具有分离载流子和表面等离子共振的作用，从而进一步提高了光催化性能，因此该复合材料具有较好的光电化学性质和较强的光催化性能。
【附图说明】
[0024]附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中:
图1为本发明的Bi2W06、rG0/Bi2W06、rG0/Bi2W06/Ag纳米材料的紫外图；
图2为本发明的rG0/Bi2W06/Ag纳米复合材料的扫描电子显微镜图；
图3为本发明的rG0/Bi2W06/Ag纳米材料的EDS图谱；
图4为本发明的Bi2W06、rG0/Bi2W06、rG0/Bi2W06/Ag纳米材料的阻抗图； 图 5 为本发明的 Bi2W06、RG0/Bi2W06、RG0/Bi2W06/Ag 纳米材料的 i_t curve。
【具体实施方式】
[0025]以下的实施例便于更好地理解本发明，但并不限定本发明。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
[0026]实施例1
本发明的钨酸铋纳米复合材料的制备方法如下:
(I)称量0.4mM Na2WO6.2H20和2.2mM的油酸钠，分别溶解在20mL 二次蒸馏水中，之后超声使其溶解形成透明的液体标记为A液；再次称量0.4mM Bi (NO3) 3.5H20，加入1mL分散好的质量浓度为lmg/mL的氧化石墨烯(G0)，并加入1ml的二次蒸馏水超声使其形成棕色均匀的液体标记为B液，之后将A、B混合搅拌3小时。其中Na2WO6.2H20为钨源，Bi (NO3) 3.5Η20为铋源。然后将上述混合液体转移至密封的耐高压反应釜中，将耐高压反应釜放入烘箱中，控制反应温度为160°C，水热反应18小时后，取出反应盖，冷却30分钟。用45 μπι的混合纤维素膜过滤得到黑色沉淀，所得沉淀依次用正己烷和无水乙醇洗涤数次后，在60°C干燥6小时，得到黑色的rG0/Bi2W0