石墨相氮化碳纳米片负载单层钨酸铋纳米片异质结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石墨相氮化碳纳米片负载单层钨酸铋纳米片异质结材料及其制备方法和应用，该异质结材料以g‑C

【技术实现步骤摘要】
石墨相氮化碳纳米片负载单层钨酸铋纳米片异质结材料及其制备方法和应用
本专利技术属于功能材料
，具体涉及一种石墨相氮化碳纳米片负载单层钨酸铋纳米片异质结材料及其制备方法和应用。
技术介绍
随着纳米材料技术的发展，在处理环境中的有机或无机污染物的技术中，半导体光催化技术具有广阔的发展前景。尤其是可见光响应的超薄二维半导体光催化材料的发展，更进一步促进半导体光催化技术在环境修复领域中的应用。铋基氧化物由于其独特的层状结构、可控的微观形貌以及良好的可见光响应特性而被广泛应用于可见光催化制氢及去除环境污染物。目前的研究大多集中于以下几种铋系衍生物，如Bi2O2CO3、BiOBr、BiOCl、Bi2O3、BiVO4、Bi2WO6等，以及金属修饰的铋氧化物如Ag-BiOBr、Pt-Bi2WO6等。目前石墨相的非金属半导体g-C3N4由于其优越的可见光响应性能而引起人们的广泛关注。g-C3N4的禁带宽度约为2.7eV，主要由一些廉价易得的前驱物（如尿素，三聚氰胺等）通过简单的热缩聚反应制得，然而g-C3N4由于其量子产率不高而表现出较低的光催化活性。构建超薄异质结构的复合半导体可以有效促进光生载流子的分离，从而改善半导体的光催化活性，是一种有效的半导体改性方法。近年来块状g-C3N4-Bi2WO6、g-C3N4-BiVO4等异质结构的复合半导体相继出现，有效改善了半导体的光催化活性，但上述半导体的电子传递速率较慢。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种光催化活性高、稳定、可多次重复使用的石墨相氮化碳纳米片负载单层钨酸铋纳米片异质结材料及其制备方法和在抗生素降解中的应用。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种石墨相氮化碳（g-C3N4）纳米片负载单层钨酸铋（Bi2WO6）纳米片异质结材料，所述石墨相氮化碳纳米片负载单层钨酸铋纳米片异质结材料以g-C3N4纳米片为载体，所述g-C3N4纳米片上修饰有单层Bi2WO6纳米片；所述石墨相氮化碳纳米片负载单层钨酸铋纳米片异质结材料为层级片状结构。上述的石墨相氮化碳纳米片负载单层钨酸铋纳米片异质结材料中，优选的，所述g-C3N4纳米片与所述单层Bi2WO6纳米片的质量比为0.05～0.5∶1。作为一个总的技术构思，本专利技术提供了一种上述的石墨相氮化碳纳米片负载单层钨酸铋纳米片异质结材料的制备方法，包括以下步骤：（1）将g-C3N4纳米片、十六烷基三甲基溴化铵加入到Bi(NO3)3·5H2O溶液中，得到悬浮液；（2）将Na2WO4·2H2O溶液加入到所述步骤（1）得到的悬浮液中，得到混合液；（3）所述步骤（2）得到的混合液进行水热反应，得到石墨相氮化碳纳米片负载单层钨酸铋纳米片异质结材料。上述的石墨相氮化碳纳米片负载单层钨酸铋纳米片异质结材料的制备方法中，优选的，所述g-C3N4纳米片由g-C3N4粉体以2℃/min～5℃/min的速率升温至520℃～560℃焙烧2h～4h制备得到。上述的石墨相氮化碳纳米片负载单层钨酸铋纳米片异质结材料的制备方法中，优选的，所述g-C3N4粉体由g-C3N4前驱物采用两段焙烧法制得，具体为：以2℃/min～5℃/min的升温速率，先升温至500℃～520℃焙烧2h～4h，然后升温至520℃～560℃焙烧2h～4h；所述g-C3N4前驱物为三聚氰胺、尿素、硫脲和二氰二胺中的一种或几种。上述的石墨相氮化碳纳米片负载单层钨酸铋纳米片异质结材料的制备方法中，优选的，所述十六烷基三甲基溴化铵与所述Bi(NO3)3·5H2O溶液中Bi(NO3)3·5H2O的摩尔比为2～4∶1。上述的石墨相氮化碳纳米片负载单层钨酸铋纳米片异质结材料的制备方法中，优选的，所述Bi(NO3)3·5H2O溶液中Bi(NO3)3·5H2O与所述Na2WO4·2H2O溶液中Na2WO4·2H2O的摩尔比为0.01～0.1∶1。上述的石墨相氮化碳纳米片负载单层钨酸铋纳米片异质结材料的制备方法中，优选的，所述水热反应的温度为100℃～120℃，水热反应的时间为20h～24h。作为一个总的技术构思，本专利技术还提供了一种上述的石墨相氮化碳纳米片负载单层钨酸铋纳米片异质结材料或上述的制备方法得到的石墨相氮化碳纳米片负载单层钨酸铋纳米片异质结材料在抗生素废水处理中的应用，所述应用方法为：将石墨相氮化碳纳米片负载单层钨酸铋纳米片异质结材料和抗生素废水在避光环境下混合得到混合液，将所述混合液在可见光下进行光催化反应20min～80min，完成对抗生素废水的处理。上述的应用中，优选的，所述石墨相氮化碳纳米片负载单层钨酸铋纳米片异质结材料的添加量为每升抗生素废水中添加石墨相氮化碳纳米片负载单层钨酸铋纳米片异质结材料1g～2g；和/或，所述抗生素废水中抗生素为布洛芬；所述含抗生素废水中布洛芬的初始浓度为5mg/L～20mg/L。本专利技术石墨相氮化碳纳米片负载单层钨酸铋纳米片异质结材料的制备方法中，所述步骤（3）中，在进行水热反应前还包括将所述混合液超声30min～50min；和/或，所述水热反应完成后还包括以下处理：将水热反应的产物进行离心分离、洗涤、真空干燥；所述真空干燥的温度为60℃～80℃。本专利技术的应用中，所述可见光的光源为500W的氙灯，光强为1.39mw/cm2。本专利技术的创新点在于：本专利技术以单层Bi2WO6纳米片为铋源构建g-C3N4纳米片和铋系氧化物的异质结构，旨在改善单一催化剂光催化活性不高的缺点，然而，上述g-C3N4纳米片和单层Bi2WO6纳米片两种半导体构建的异质结构间的电子传递速率较低，光催化性能改善非常有限。本专利技术采用水热合成异质结技术，通过提高g-C3N4纳米片和单层Bi2WO6的比例，使得复合光催化剂中g-C3N4纳米片比例升高，得到g-C3N4纳米片负载单层Bi2WO6纳米片异质结即g-C3N4/Bi2WO6，g-C3N4纳米片在中间起到电子传递桥的的作用，更进一步加快了电子在异质结构之间的传输，改善异质结构的复合半导体的光催化活性。水热反应通过水热法π-π作用使单层Bi2WO6纳米片吸附在g-C3N4纳米片的表面，g-C3N4纳米片的加入，大大减少了单层Bi2WO6纳米片内部光生载流子复合。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1、本专利技术提供了一种g-C3N4纳米片负载单层Bi2WO6纳米片异质结材料，以g-C3N4纳米片为载体，g-C3N4纳米片上修饰有单层Bi2WO6纳米片，g-C3N4纳米片负载单层Bi2WO6纳米片异质结材料为层级片状结构。本专利技术以g-C3N4纳米片为载体，其中g-C3N4纳米片具有较高的比表面积能提供较多的反应活性位点，且g-C3N4纳米片内部光生电子与空穴分离效率远远高于其他载体（如g-C3N4粉体）。可见，本专利技术由g-C3N4纳米片和单层Bi2WO6纳米片构成的层级片状结构异质结材料，由于其较薄的片层结构，减少了光生电子与空穴在体相内的复合，使光生电子有效利用，从而提高了光催化性能。本专利技术的g-C3N4纳米片负载单层Bi2WO6纳米片异质结材料具有光催化活性高、稳定、可重复利用性能好等优点，且对布洛芬废水的降解效率高。2、本专利技术还提供了一种g-C3N4纳米片负载单层Bi2WO6纳米片异质结材料的制备方法，采本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨相氮化碳纳米片负载单层钨酸铋纳米片异质结材料，其特征在于，所述石墨相氮化碳纳米片负载单层钨酸铋纳米片异质结材料以g‑C

【技术特征摘要】
1.一种石墨相氮化碳纳米片负载单层钨酸铋纳米片异质结材料，其特征在于，所述石墨相氮化碳纳米片负载单层钨酸铋纳米片异质结材料以g-C3N4纳米片为载体，所述g-C3N4纳米片上修饰有单层Bi2WO6纳米片；所述石墨相氮化碳纳米片负载单层钨酸铋纳米片异质结材料为层级片状结构。2.根据权利要求1所述的石墨相氮化碳纳米片负载单层钨酸铋纳米片异质结材料，其特征在于，所述g-C3N4纳米片与所述单层Bi2WO6纳米片的质量比为0.05～0.5∶1。3.一种如权利要求1或2所述的石墨相氮化碳纳米片负载单层钨酸铋纳米片异质结材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将g-C3N4纳米片、十六烷基三甲基溴化铵加入到Bi(NO3)3·5H2O溶液中，得到悬浮液；（2）将Na2WO4·2H2O溶液加入到所述步骤（1）得到的悬浮液中，得到混合液；（3）所述步骤（2）得到的混合液进行水热反应，得到石墨相氮化碳纳米片负载单层钨酸铋纳米片异质结材料。4.根据权利要求3所述的石墨相氮化碳纳米片负载单层钨酸铋纳米片异质结材料的制备方法，其特征在于，所述g-C3N4纳米片由g-C3N4粉体以2℃/min～5℃/min的速率升温至520℃～560℃焙烧2h～4h制备得到。5.根据权利要求4所述的石墨相氮化碳纳米片负载单层钨酸铋纳米片异质结材料的制备方法，其特征在于，所述g-C3N4粉体由g-C3N4前驱物采用两段焙烧法制得，具体为：以2℃/min～5℃/min的升温速率，先升温至500℃～520℃焙烧2h～4h，然后升温至520℃～560℃焙烧2h～4h；所述g-C3N4前驱物为三聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤琳，王佳佳，邓垚成，曾光明，刘雅妮，彭博，朱超，陈慧，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43