一种WO3/石墨烯量子点复合膜光阳极的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种WO3/GQDs复合光阳极的制备方法，解决了WO3光电转换效率较低的问题。本发明专利技术以钨片为基体，含有石墨烯量子点的氟化钠、硫酸钠水溶液为电解液，通过脉冲阳极氧化法，制备出含有石墨烯量子点(GQDs)的多孔三氧化钨复合膜。将复合膜在氮气管式炉中，升至300～700℃，保温3小时，有利于提高WO3/GQDs复合膜的结晶性。相较于单纯的WO3薄膜样品，GQDs/WO3复合膜光电流明显增大，且具有很好的循环寿命。本发明专利技术方法简便，易于操作，所制备的GQDs/WO3复合膜具有很高的光催化活性和稳定性。

Method for preparing WO3/ graphene quantum dot composite film light anode

The invention provides a preparation method of a WO3/GQDs composite optical anode, which solves the problem of low photoelectric conversion efficiency of WO3. The present invention with tungsten substrates containing graphene quantum dots of sodium fluoride and sodium sulfate aqueous solution as electrolyte by pulse anodic oxidation were prepared containing graphene quantum dots (GQDs) porous tungsten oxide film. The composite film was raised to 300~700 C in the nitrogen tube furnace and kept for 3 hours. It is beneficial to improve the crystallinity of WO3/GQDs composite film. Compared with the pure WO3 film sample, the photocurrent of GQDs/WO3 composite film increases obviously, and it has good cycle life. The method of the invention is simple and easy to operate, and the prepared GQDs/WO3 composite film has high photocatalytic activity and stability.

【技术实现步骤摘要】
一种WO3/石墨烯量子点复合膜光阳极的制备方法
本专利技术属于复合可见光催化剂领域，涉及一种复合光催化材料的制备方法，特别涉及一种纳米WO3/GQDs复合膜光阳极的制备方法。
技术介绍
纳米三氧化钨与二氧化钛相比，纳米WO3相应的吸收波长为410～500nm，且纳米WO3比TiO2禁带宽度窄，所以在可见光条件下纳米WO3具有更良好的光电响应性能，在光电化学反应体系中是一种较为理想的光阳极半导体材料。跟普通半导体材料相比，纳米WO3是间接带隙跃迁的，而且价格低廉、易制备、性能稳定、无毒、无害，在光电化学领域得到了广泛应用，较普遍的是光解水，除此之外还有光降解有机污染物及太阳能电池等，优越的性能也自然引起许多研究小组的关注。石墨烯量子点，是一种全新的零维的C纳米材料。基于它的结构，石墨烯量子点具有很强的热载流子注入与上转换发光能力。基于这两个优点，石墨烯量子点在光电学领域有着广阔的应用前景。但是，石墨烯量子点因为起步较晚，在光伏能源，光催化的研究领域较少。由于石墨烯量子点具有长久的热力学稳定性，强氧化性及其毒性小，半导体WO3是目前研究应用最多的光催化剂。光催化氧化过程的引发是由紫外光下产生的光生电子/空穴对，这个波长要比纳米WO3对应的带隙能量小。因为要使纳米WO3的活性发生作用，这个波长必须小于可见光波长，所以，要把它的光吸收扩展到可见光范围内。基于这个原因，把石墨烯量子点与纳米三氧化钨结合起来，研究石墨烯量子点/WO3的光电性能有着重大意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种可见光催化剂纳米三氧化钨/石墨烯量子点复合材料的制备方法，本专利技术方法简单，易于操作，所制备的WO3复合膜具有很高的光催化活性。具体步骤为：(1)脉冲阳极氧化合成多孔WO3,将钨片分别在丙酮、乙醇、蒸馏水中各超声15分钟。设置阳极氧化脉冲电源参数，手动档，给定所需频率50～300Hz，选择所需占空比(能级)为10～30％。电解液为1mol/L的硫酸铵和0.2％的氟化铵。向电解液分别加入含有5～50mg的石墨烯量子点，调节电压到30～100V，阳极氧化时间进行5～30min后结束。最后将阳极氧化试片用蒸馏水冲洗，冷风吹干，保存待处理。(2)将步骤(1)中氧化后的钨片用蒸馏水冲洗干净，吹干，管式炉中充入氮气，待管式炉充满氮气后，以5℃/min的升温速度升温至300～700℃，恒温3h，待其降温后取出，得到W箔表面沉积WO3/GQDs复合膜光阳极。所述化学试剂纯度均为化学纯以上纯度。本专利技术的有益效果是：(1)利用马弗炉，进行3小时的烧结，这样会增强多孔三氧化钨的结晶度，也增强光电流。因为烧结后的结晶度的增强，多孔三氧化钨有着更好的稳定性以及耐光腐蚀性。(2)本专利技术制备的三氧化钨复合膜，石墨烯量子点很好的嵌入在多孔三氧化钨薄膜内，复合膜的厚度得到增强，经过光电性能的测试，石墨烯量子点对多孔三氧化钨薄膜的光电性能有着重要影响，增强了多孔三氧化钨薄膜光电催化析氧的光电流。附图说明图1是本专利技术实施例1制备的WO3/GQDs复合光催化剂烧结前后的X射线衍射图，图中a为烧结前，b为烧结后，c为钨片。图2是本专利技术实施例1制备的WO3及GQDs/WO3拉曼光谱图。图3是本专利技术实施例1制备的(a，b)石墨烯量子点和(c，d)GQDs/WO3的透射电镜图。图4是本专利技术实施例1制备的WO3/GQDs复合光催化剂烧结前后的光电流测试图。具体实施方式实施例1：(1)将钨片(10mm×50mm)用蒸馏水清洗干净，然后分别在丙酮、乙醇、蒸馏水水中各超声15分钟，然后在50℃干燥箱中烘干备用。设置阳极氧化脉冲电源参数，手动档，给定所需频率200HZ，选择所需占空比(能级)为20％。电解液为1mol/L的硫酸铵和0.2％的氟化铵。向电解液分别加入含有5mg的石墨烯量子点，调节电压到50V，阳极氧化时间进行30min后结束。最后将阳极氧化试片用蒸馏水冲洗，冷风吹干，保存待处理。(2)将步骤(1)中氧化后的钨片用蒸馏水冲洗干净，吹干，阳极氧化面朝上放入2cm×5cm的干净的瓷舟中，管式炉中充入氮气，待管式炉充满氮气后，以5℃/min的升温速度升温至450℃，恒温3h，待其降温后取出，得到纳米WO3/GQDs复合光催化剂。图4是本专利技术实施例1制备的WO3/GQDs复合光催化剂烧结前后的光电流测试图。从图中可以看出来，没有烧结之前的三氧化钨，对光照表现不敏感，对光没有响应。光电流明显增强，是因为烧结后的WO3结晶度强，结合力高，这样电子与空穴不易复合。烧结后，多孔三氧化钨还具有很好的稳定性和耐光腐蚀性。实施例2：(1)将钨片(10mm×50mm)用蒸馏水清洗干净，然后分别在丙酮、乙醇、蒸馏水水中各超声15分钟，然后在50℃干燥箱中烘干备用。设置阳极氧化脉冲电源参数，手动档，给定所需频率100HZ，选择所需占空比(能级)为30％。电解液为1mol/L的硫酸铵和0.2％的氟化铵。向电解液分别加入含有10mg的石墨烯量子点，调节电压到50V，阳极氧化时间进行20min后结束。最后将阳极氧化试片用蒸馏水冲洗，冷风吹干，保存待处理。(2)将步骤(1)中氧化后的钨片用蒸馏水冲洗干净，吹干，阳极氧化面朝上放入2cm×5cm的干净的瓷舟中，管式炉中充入氮气，待管式炉充满氮气后，以5℃/min的升温速度升温至450℃，恒温3h，待其降温后取出，得到纳米WO3/GQDs复合光催化剂。实施例3：(1)将钨片(10mm×50mm)用蒸馏水清洗干净，然后分别在丙酮、乙醇、蒸馏水水中各超声15分钟，然后在50℃干燥箱中烘干备用。设置阳极氧化脉冲电源参数，手动档，给定所需频率200HZ，选择所需占空比(能级)为20％。电解液为1mol/L的硫酸铵和0.2％的氟化铵。向电解液分别加入含有15mg的石墨烯量子点，调节电压到50V，阳极氧化时间进行30min后结束。最后将阳极氧化试片用蒸馏水冲洗，冷风吹干，保存待处理。(2)将步骤(1)中氧化后的钨片用蒸馏水冲洗干净，吹干，阳极氧化面朝上放入2cm×5cm的干净的瓷舟中，管式炉中充入氮气，待管式炉充满氮气后，以5℃/min的升温速度升温至600℃，恒温3h，待其降温后取出，得到纳米WO3/GQDs复合光催化剂。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种WO3/GQDs复合光催化剂的制备方法，其特征在于具体步骤为：(1)脉冲阳极氧化合成多孔WO3,将钨片分别在丙酮、乙醇、蒸馏水中各超声15分钟。设置阳极氧化脉冲电源参数，手动档，给定所需频率50～300Hz，选择所需占空比(能级)为10～30％。电解液为1mol/L的硫酸铵和0.2％的氟化铵。向电解液分别加入含有5～50mg的石墨烯量子点，调节电压到30～100V，阳极氧化时间进行5～30min后结束。最后将阳极氧化试片用蒸馏水冲洗，冷风吹干，保存待处理。(2)将步骤(1)中氧化后的钨片用蒸馏水冲洗干净，吹干，管式炉中充入氮气，待管式炉充满氮气后，以5℃/min的升温速度升温至300～700℃，恒温3h，待其降温后取出，得到W箔表面沉积WO3/GQDs复合膜光阳极。

【技术特征摘要】
1.一种WO3/GQDs复合光催化剂的制备方法，其特征在于具体步骤为：(1)脉冲阳极氧化合成多孔WO3,将钨片分别在丙酮、乙醇、蒸馏水中各超声15分钟。设置阳极氧化脉冲电源参数，手动档，给定所需频率50～300Hz，选择所需占空比(能级)为10～30％。电解液为1mol/L的硫酸铵和0.2％的氟化铵。向电解液分别加入含有5～50mg的石墨...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘勇平，林剑飞，杨之书，吕慧丹，米喜红，
申请(专利权)人：桂林理工大学，
类型：发明
国别省市：广西,45