一种半导体异质结光催化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半导体异质结光催化材料及其制备方法和应用。本发明专利技术提供的K6NiW5Mo4O31/WO3半导体异质结，以K6NiW5Mo4O31为前驱体基底材料，K6NiW5Mo4O31与WO3的摩尔比为100:(5～50)。本发明专利技术提供的半导体异质结光催化材料可采用高温固相法或化学溶液法合成，制备方法简单易行，材料的化学稳定性好，能有效吸收紫外‑可见光，并能在可见光下实现高效光催化活性。与单相前驱体基底材料K6NiW5Mo4O31相比，异质结复合而成的催化剂能更好地吸收可见光，有效地实现电子‑空穴的分离，提高催化效率，可用于对有机污染物的光催化降解，尤其是对有机染料工业废水的可见光催化降解处理。

A Semiconductor Heterojunction Photocatalytic Material and Its Preparation and Application

The invention discloses a semiconductor heterojunction photocatalytic material and a preparation method and application thereof. The K6NiW5Mo4O31/WO3 semiconductor heterojunction provided by the invention takes K6NiW5Mo4O31 as the precursor base material, and the molar ratio of K6NiW5Mo4O31 to WO3 is 100:(5-50). The semiconductor heterojunction photocatalytic material provided by the invention can be synthesized by high temperature solid state method or chemical solution method. The preparation method is simple and feasible, the material has good chemical stability, can effectively absorb ultraviolet and visible light, and can realize high efficiency photocatalytic activity under visible light. Compared with single-phase precursor substrate material K6NiW5Mo4O31, heterojunction composite catalyst can absorb visible light better, effectively separate electron holes and improve catalytic efficiency. It can be used for photocatalytic degradation of organic pollutants, especially for visible photocatalytic degradation of organic dye industrial wastewater.

【技术实现步骤摘要】
一种半导体异质结光催化材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种半导体异质结光催化材料及其制备方法和应用，属于无机光催化材料领域。
技术介绍
随着现代社会和工业的高速发展，三大化石燃料的大量使用，带来了严重的资源短缺和环境污染，严重限制和威胁着人类社会的发展，因此，对付这些难题的相关研究也日益得到重视。其中，以半导体氧化物为主的光催化技术因其无污染、工艺简单、对太阳光反应迅速等优异性质成为治理环境污染的重要手段。光催化技术是在20世纪70年代诞生的基础光化学技术，日本科学家Fujishma和Honda于1972年报道了二氧化钛作为光阳极在紫外光光照条件下，可以实现分解H2O为H2和O2。美国科学家Carey于1976年报道了关于光催化分解联苯及氧化联苯的技术，被认为是光催化在消除环境污染物方面的首创性研究工作。光催化剂的实际应用一旦获得突破，人类面临的环境污染和能源紧缺这两个重大生存问题得以缓解。近年来，以氧化物为主的催化剂材料已经得到广泛的研究和应用，例如典型的光催化剂代表：二氧化钛(TiO2)，氧化锌(ZnO)，硫化镉(CdS)，氧化铋(Bi2O3)，氧化钨(WO3)等等，作为潜在的光催化材料，虽然光催化研究已进行了若干年，但这些材料还存在着一些不足，例如：光谱相应范围窄、稳定性差、光转换效率低等，因此急需研究开发新型的光催化剂。研究发现，目前在研究的很多氧化物光催化剂材料，最重要的缺点是电子和空穴的复合速度太快，使得参与光催化的活性载流子大大减少，结果使光催化能力的效率降低。近年来发展的半导体异质结可以很好地解决这个问题，当两个或者两个以上的半导体结合成为异质结的时候，由于不同半导体的能带的能级位置有差别，形成的异质结光催化材料的禁带宽度被扩宽，大大增加光吸收的范围和效率，最重要的是还可以使光催化剂材料的光生载流子分离效率有效提高，电子-空穴对的寿命被延长，增强光催化效率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种制备方法简单、绿色环保、光催化活性好、应用前景广阔的K6NiW5Mo4O31/WO3半导体异质结光催化材料、制备方法及应用，为达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案是提供一种半导体异质结光催化材料，它是一种K6NiW5Mo4O31/WO3半导体异质结光催化材料，其中，K6NiW5Mo4O31与WO3的摩尔比为100:(5～50)。本专利技术技术方案还包括如上所述的一种半导体异质结光催化材料的制备方法，第一步，先制备前驱体K6NiW5Mo4O31，第二步，采用烧结或浸渍工艺中的一种，制备K6NiW5Mo4O31/WO3。采用高温固相法合成前驱体K6NiW5Mo4O31包括如下步骤：（1）以含钾离子K+的化合物、含镍离子Ni2+的化合物、含钨离子W6+的化合物、含钼离子Mo6+的化合物为原料，按分子式K6NiW5Mo4O31中各元素的化学计量比称取各原料，研磨并混合均匀；（2）将得到的混合物在空气气氛下预煅烧，煅烧温度为550～850℃，煅烧时间为1～10小时，自然冷却后，研磨使其混合均匀；（3）将预煅烧后得到的混合物在空气气氛中煅烧，煅烧温度为850～950℃，煅烧时间为1～10小时，自然冷却，研磨均匀后，得到K6NiW5Mo4O31前驱体。采用湿化学溶液法合成前驱体K6NiW5Mo4O31包括如下步骤：（1）以含有钾离子K+的化合物、含有镍离子Ni2+的化合物、含有钨离子W6+的化合物、含有钼离子Mo6+的化合物为原料，按化学式K6NiW5Mo4O31中各元素的化学计量比分别称取各原料；将称取的原料分别溶解于稀硝酸中，再按各原料中反应物质量的10～50wt%分别添加络合剂，得到各原料的混合液；所述的络合剂为柠檬酸、草酸中的一种；（2）将各原料的混合液缓慢混合，在温度为50～90℃的条件下搅拌1～10小时，静置、烘干后得到蓬松的粉末，将粉末在空气气氛中第一次煅烧，煅烧温度为300～550℃，煅烧时间为1～10小时；（3）将第一次煅烧后得到的粉末再在空气气氛中第二次煅烧，煅烧温度为800～900℃，煅烧时间为1～10小时，研磨均匀后，得到前驱体K6NiW5Mo4O31。采用烧结工艺制备K6NiW5Mo4O31/WO3的方法为：按摩尔比100:(5～50)，将K6NiW5Mo4O31前驱体与WO3球磨混合，球磨得到的混合物在空气气氛中煅烧，煅烧温度为600～750℃，煅烧时间为1～10小时，自然冷却，研磨均匀后，得到一种K6NiW5Mo4O31/WO3半导体异质结光催化材料；采用浸渍工艺制备K6NiW5Mo4O31/WO3的方法为：将K6NiW5Mo4O31前驱体浸渍于含有钨酸铵(NH4)6W7O24·6H2O或钨酸H2WO4的水溶液中，得到混合液，K6NiW5Mo4O31前驱体与(NH4)6W7O24·6H2O的摩尔比为100:(0.713～7.15)，K6NiW5Mo4O31前驱体与H2WO4的摩尔比为100:(5～50)；在搅拌加热条件下将混合液干燥，得到的混合物在空气气氛中煅烧，煅烧温度为600～650℃，煅烧时间为1～10小时，自然冷却，研磨均匀后，得到一种K6NiW5Mo4O31/WO3半导体异质结光催化材料。本专利技术所述的含有钾离子K+的化合物为氧化钾K2O、碳酸钾K2CO3中的一种；所述的含有镍离子Ni2+的化合物为氧化镍NiO、硝酸镍Ni(NO3)2·6H2O中的一种；所述的含有钨离子W6+的化合物为氧化钨WO3，钨酸铵(NH4)6W7O24·6H2O；所述的含有钼离子Mo6+的化合物为氧化钼MoO3，钼酸铵(NH4)6Mo7O24·4H2O。本专利技术技术方案还包括所述半导体异质结光催化材料的应用，将其用于对有机污染物的光催化降解。尤其是可用于对有机染料工业废水的可见光催化降解处理。本专利技术提供的半导体异质结K6NiW5Mo4O31/WO3为一种新型的光催化材料，与现有技术相比，它的优点在于：1.本专利技术提供的K6NiW5Mo4O31/WO3半导体异质结，其前驱体基底材料是K6NiW5Mo4O31，具有光催化的活性，它与WO3复合进一步形成异质结，可见光吸收效率高，并对有机污染物具有有效的催化降解效率，可见光催化降解有机染料活性效率明显提高，可广泛用于对染料工业废水的光催化降解处理。2.本专利技术所制备的K6NiW5Mo4O31/WO3半导体异质结为无机盐类催化剂，性能稳定，回收容易，不会造成二次污染。3.本专利技术所提供的制备K6NiW5Mo4O31/WO3半导体异质结的方法，原材料来源广泛，价格低廉，能耗低，成本低，绿色环保。附图说明图1是本专利技术实施例1所制备K6NiW5Mo4O31/WO3半导体异质结样品的X射线粉末衍射图谱；图2是本专利技术实施例1所制备样品的扫描电子显微镜（SEM）图谱图3是本专利技术实施例1所制备样品的紫外-可见光吸收光谱图；图4本专利技术实施例1所制备样品与现有光催化材料对有机染料亚甲基蓝的降解曲线对比图；图5本专利技术实施例5所制备K6NiW5Mo4O31/WO3半导体异质结样品的SEM图谱；图6是本专利技术实施例5所制备样品的紫外-可见光吸收光谱图；图7是本专利技术实施例5所制备样品与现有光催化材料对有机染料亚甲基蓝的降解曲线对比图。具体实施方式为了得到本专利技术所述的复合氧化物，可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体异质结光催化材料，其特征在于：它是一种K6NiW5Mo4O31/WO3半导体异质结光催化材料，其中， K6NiW5Mo4O31与WO3的摩尔比为100:( 5～50)。

【技术特征摘要】
1.一种半导体异质结光催化材料，其特征在于：它是一种K6NiW5Mo4O31/WO3半导体异质结光催化材料，其中，K6NiW5Mo4O31与WO3的摩尔比为100:(5～50)。2.一种如权利要求1所述的半导体异质结光催化材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：第一步，采用高温固相法合成前驱体K6NiW5Mo4O31（1）以含钾离子K+的化合物、含镍离子Ni2+的化合物、含钨离子W6+的化合物、含钼离子Mo6+的化合物为原料，按分子式K6NiW5Mo4O31中各元素的化学计量比称取各原料，研磨并混合均匀；（2）将得到的混合物在空气气氛下预煅烧，煅烧温度为550～850℃，煅烧时间为1～10小时，自然冷却后，研磨使其混合均匀；（3）将预煅烧后得到的混合物在空气气氛中煅烧，煅烧温度为850～950℃，煅烧时间为1～10小时，自然冷却，研磨均匀后，得到K6NiW5Mo4O31前驱体；第二步，采用烧结或浸渍工艺中的一种，制备K6NiW5Mo4O31/WO3所述的烧结工艺为：按摩尔比100:(5～50)，将K6NiW5Mo4O31前驱体与WO3球磨混合，球磨得到的混合物在空气气氛中煅烧，煅烧温度为600～750℃，煅烧时间为1～10小时，自然冷却，研磨均匀后，得到一种K6NiW5Mo4O31/WO3半导体异质结光催化材料；所述的浸渍工艺为：将K6NiW5Mo4O31前驱体浸渍于含有钨酸铵(NH4)6W7O24·6H2O或钨酸H2WO4的水溶液中，得到混合液，K6NiW5Mo4O31前驱体与(NH4)6W7O24·6H2O的摩尔比为100:(0.713～7.15)，K6NiW5Mo4O31前驱体与H2WO4的摩尔比为100:(5～50)；在搅拌加热条件下将混合液干燥，得到的混合物在空气气氛中煅烧，煅烧温度为600～650℃，煅烧时间为1～10小时，自然冷却，研磨均匀后，得到一种K6NiW5Mo4O31/WO3半导体异质结光催化材料。3.根据权利要求2所述的一种半导体异质结光催化材料的制备方法，其特征在于：所述的含有钾离子K+的化合物为氧化钾K2O、碳酸钾K2CO3中的一种；所述的含有镍离子Ni2+的化合物为氧化镍NiO、硝酸镍Ni(NO3)2·6H2O中的一种；所述的含有钨离子W6+的化合物为氧化钨WO3，钨酸铵(NH4)6W7O24·6H2O；所述的含有钼离子Mo6+的化合物为氧化钼MoO3，钼酸铵(NH4)6Mo7O24·4H2O。4.一种如权利要求1所述的半导体异质结光催化材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：第一步，采用湿化学溶液法合成...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄彦林，刘宣宣，米龙庆，魏东磊，
申请(专利权)人：南通纺织丝绸产业技术研究院，苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32