一种负载硫铟铜量子点的钨酸铋异质结复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种负载硫铟铜量子点的钨酸铋异质结复合材料及其制备方法和应用，该复合材料为硫铟铜量子点修饰的钨酸铋异质结，其制备步骤包括：将自制的硫铟铜量子点与钨酸铋花状多级结构材料在三氯甲烷溶液中混合搅拌、超声、加热至溶剂完全挥发，再将干燥后的混合物在氮气气氛下煅烧，得到硫铟铜量子点修饰的钨酸铋异质结复合材料。本发明专利技术方法使用了低毒的硫铟铜量子点，代替传统含镉或铅量子点，合成过程绿色环保；所合成的复合光催化剂活性增强，可用作挥发性有机污染物光催化剂。

【技术实现步骤摘要】
一种负载硫铟铜量子点的钨酸铋异质结复合材料及其制备方法和应用
本专利技术属于化学化工、功能材料、光催化材料制备的
，具体涉及一种硫铟铜量子点修饰的钨酸铋异质结复合材料及其制备和应用。
技术介绍
近年来，随着城市化进程的加快和社会经济的快速发展，环境污染问题也越来越突出。苯、甲苯等是一类重要的挥发性有机物(VOCs)，主要来源于汽车尾气、石化工业排放、室内装潢以及烟叶燃烧等。调查研究结果表明，这些污染物进入到生态循环系统后会引起光化学烟雾、温室效应、臭氧层破坏和雾霾等重大环境问题。光催化技术作为一种新兴的高级氧化技术，其在大气污染物治理方面表现出了较好的催化性能，因而受到研究人员的广泛关注。在众多具有重要应用前景的高效光催化材料体系中，钨酸铋(Bi2WO6)作为一种优异的N型半导体功能材料，因具有合适的价带导带位置，同时光化学稳定、环境友好，已被广泛应用于光催化产氢及污染物降解等领域。但在对Bi2WO6材料的研究过程中，研究人员发现其存在光谱响应范围窄(<450nm)、光生电子空穴复合速度过快等问题，从而制约了Bi2WO6材料的广泛使用。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种负载有硫铟铜量子点的钨酸铋异质结复合材料，该复合材料负载了具有窄带隙、高吸光系数性质的硫铟铜量子点，实现了复合材料光生空穴电子的有效分离，使钨酸铋基材料光催化降解挥发性有机污染物的性能得到显著提高。本专利技术的另一目的在于提供这种复合材料的制备方法，该方法涉及的工艺简单，且无毒、环境友好，适合推广应用。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种负载硫铟铜量子点的钨酸铋异质结复合材料，它为钨酸铋表面均匀分布硫铟铜量子点形成的复合材料，该复合材料呈花状结构，直径为1～3μm。上述一种负载硫铟铜量子点的钨酸铋异质结复合材料的制备方法，包括如下步骤：1)合成花状结构钨酸铋：将硝酸铋溶解于稀硝酸中，在搅拌条件下再加入钨酸钠，得混合液I；然后向其中滴加氢氧化钠溶液，充分搅拌，将所得混合液II进行水热反应，所得产物冷却至室温后，进行离心、洗涤和干燥，即得花状多级结构钨酸铋；2)合成硫铟铜量子点：将氯化亚铜和氯化铟分散溶解于十二硫醇和十八烯中，在保护气氛下，升温进行保温反应，然后冷却至室温，进行离心、洗涤和干燥，得硫铟铜量子点；3)复合材料的合成：将所得硫铟铜量子点和花状多级结构钨酸铋加入三氯甲烷溶液中，搅拌、超声、加热至溶剂完全挥发，再将干燥后的混合物在保护气氛下煅烧，即得所述负载硫铟铜量子点的钨酸铋异质结复合材料。上述方案中，所述硝酸铋和钨酸钠的摩尔比为2:1。上述方案中，所述稀硝酸中引入的硝酸与氢氧化钠溶液中引入的氢氧化钠的摩尔比为(0.5～1.5):1；氢氧化钠溶液引入的氢氧化钠与硝酸铋的摩尔比为(5～10):1。上述方案中，所述水热反应温度为140～170℃，时间为6～10h。上述方案中，所述氯化铟、十二硫醇和氯化亚铜的摩尔比为(1～1.4):(20～60):1；。上述方案中，所述保温反应温度为190～240℃，时间为1.5～3.5h。优选的，所述保温反应前，首先在室温下抽真空5～6分钟、破真空通保护气体10～15分钟，升温至75～85℃抽真空5～6分钟、破真空通保护气体10～20分钟，继续升温至90～110℃抽5～6分钟、破真空通保护气体10～15分钟。上述方案中，所述保护气氛或保护气体为氮气或氩气等。上述方案中，所述花状多级结构钨酸铋与硫铟铜量子点的质量比为100:(0.1～5)。上述方案中，所述煅烧温度为200～400℃，时间为10～60min。上述方案所述负载硫铟铜量子点的钨酸铋异质结复合材料在光催化降解有机挥发性污染物甲苯中的应用。本专利技术首先分别合成花状钨酸铋光催化材料和硫铟铜量子点材料，钨酸铋的花状孔道结构和硫铟铜量子点表面的悬挂键使二者在溶剂中能产生强烈的吸附作用，基于此使二者分散在三氯甲烷中超声充分混匀，使硫铟铜量子点均匀的附着在钨酸铋表面；最后进行煅烧，得到表面均匀附着有硫铟铜量子点的钨酸铋异质结复合材料。本专利技术的有益结果为：1)本专利技术制备了一种负载有硫铟铜量子点的钨酸铋异质结复合材料，该钨酸铋为花状结构，直径在1～3μm，且表面均匀分布着硫铟铜量子点；2)本专利技术所制备的量子点材料不仅具有较高的吸光系数，同时具有很强的量子限域效应，能有效提高太阳能利用率和促进电子空穴的分离效率；与单一钨酸铋相比，在可见光区域具有更好的光催化降解有机挥发性污染物甲苯的活性；3)本专利技术使用了I-III-VI三元量子点硫铟铜，有利于在钨酸铋和硫铟铜量子点之间形成Bi-S键，促进电子空穴的有效分离；同时硫铟铜量子点的使用取代了传统毒性较大的含镉、铅的两元量子点，制备过程绿色环保，符合实际生产需要，有较大的应用潜力。附图说明图1为本专利技术实施例1所得产物的XRD图。图2为本专利技术实施例1所得产物的SEM图。图3为本专利技术实施例2所得产物的TEM图。图4为本专利技术实施例3所得产物的DRS图。图5为本专利技术对比例1所得产物的SEM图。图6为本专利技术实施例1所得产物光和钨酸铋催化降解有机挥发性污染物甲苯的活性对比图。具体实施方式为了更好地理解本专利技术，下面结合实施例进一步阐明本专利技术的内容，但本专利技术不仅仅局限于下面的实施例。实施例1一种负载硫铟铜量子点的钨酸铋异质结复合材料，其制备方法包括如下步骤：1)合成花状结构钨酸铋：将2mmol五水合硝酸铋溶解于40mL稀硝酸(0.3M)中，搅拌下加入20mL钨酸钠溶液(0.05M)，然后加入20mL氢氧化钠溶液(0.8M)，搅拌24小时后将反应液置于内衬为聚四氟乙烯的不锈钢高压反应釜中，加热至160℃进行水热反应8小时，进行离心、洗涤和干燥，冷却即得花状多级结构钨酸铋(载体)；2)合成硫铟铜量子点：将0.2mmol氯化亚铜和0.2mmol四水合氯化铟溶解于2mL十二硫醇和12mL十八烯中；然后在氮气保护下，升温至220℃保温反应2小时；氮气保护下冷却至室温，进行离心、洗涤和干燥，即得硫铟铜量子点；3)复合材料的合成：将5mg硫铟铜量子点和0.5g钨酸铋在3mL三氯甲烷中超声分散混合均匀，然后加热搅拌至三氯甲烷完全挥发，将所得混合物转移到管式炉中在氮气气氛下以3℃/min的速率升温至200℃，保温煅烧15分钟，冷却后即得所述负载硫铟铜量子点的钨酸铋异质结复合材料。将本实施例所得产物进行X射线衍射分析，结果见图1，图中所得产物的特征峰与钨酸铋标准图谱JCPDS73-1126一致，未检测到硫铟铜量子点的峰，说明所得产品为纯度较高的钨酸铋，硫铟铜量子点由于含量较低未检测出来。从图2中看出所合成的钨酸铋为花状结构。实施例2一种负载有硫铟铜量子点的钨酸铋异质结复合材料，具体制备步骤如下：1)合成花状结构钨酸铋：将2mmol五水合硝酸铋溶解于40mL稀硝酸(0.3M)中，搅拌下加入20mL钨酸钠溶液(0.05M)，然后加入20mL氢氧化钠溶液(0.8M)，搅拌24小时后将反应液置于内衬为聚四氟乙烯的不锈钢高压反应釜中，加热至160℃进行水热反应8小时，进行离心、洗涤和干燥，冷却即得花状多级结构钨酸铋(载体)；2)合成硫铟铜量子点：将0.2mmol氯化亚铜和0.2mmol四水合氯化铟溶解于2mL十二硫醇和1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种负载硫铟铜量子点的钨酸铋异质结复合材料，其特征在于，它为钨酸铋表面均匀分布硫铟铜量子点形成的复合材料，该复合材料呈花状结构，粒径为1～3μm。

【技术特征摘要】
1.一种负载硫铟铜量子点的钨酸铋异质结复合材料，其特征在于，它为钨酸铋表面均匀分布硫铟铜量子点形成的复合材料，该复合材料呈花状结构，粒径为1～3μm。2.一种负载硫铟铜量子点的钨酸铋异质结复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)合成花状结构钨酸铋：将硝酸铋溶解于稀硝酸中，在搅拌条件下加入钨酸钠，得混合液I；然后滴加氢氧化钠溶液，搅拌均匀，将所得混合液II进行水热反应，所得产物冷却至室温后，进行离心、洗涤和干燥，即得花状多级结构钨酸铋；2)合成硫铟铜量子点：将氯化亚铜和氯化铟分散溶解于十二硫醇和十八烯中，在保护气氛下，升温进行保温反应，然后冷却至室温，进行离心、洗涤和干燥，得硫铟铜量子点；3)复合材料的合成：将所得硫铟铜量子点和花状多级结构钨酸铋加入三氯甲烷中，进行搅拌、超声、加热至溶剂完全挥发，再将干燥后的混合物在保护气氛下煅烧，即得所述负载硫铟铜量子点的钨酸铋异质结复合材料。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述硝酸铋和钨...

【专利技术属性】
技术研发人员：柯军，罗盛，周鸿儒，
申请(专利权)人：武汉工程大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42