一种三氧化钨/三氧化二铁复合光催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属光催化氧化技术领域，公开了一种三氧化钨/三氧化二铁复合光催化剂及其制备方法和应用。该三氧化钨/三氧化二铁复合光催化剂是将三氯化铁(III)六水合物与去离子水超声至完全溶解配制三氯化铁前驱液，平板导电基底斜靠置于高温反应釜内，加入三氯化铁前驱液没过平板导电基底顶，在90～140℃进行水热反应，洗涤和干燥后，在500～700℃煅烧，在平板导电基底导电面制得三氧化二铁薄膜；将三氧化二铁基底斜靠放置在反应釜内，加入氯化钨前驱液，在100～180℃进行水热反应，经洗涤和干燥，在450～550℃烧结制得。该光催化剂具有较好的光催化性能，其制备工艺简单，可用于光催化制氢，也可应用于光催氧化技术领域。

A tungsten oxide / iron oxide composite photocatalyst and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种三氧化钨/三氧化二铁复合光催化剂及其制备方法和应用
本专利技术属于光催化氧化
，更具体地，涉及一种三氧化钨/三氧化二铁复合光催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
化石燃料属于不可再生能源资源，地球上化石燃料的储存量是有限的，但随着工业技术的快速发展，能源消耗设备的急速增加，化石燃料被快速消耗，能源匮乏必将是未来人类社会面临的重大问题。为解决这一问题，科学研究工作者投身于寻找和研究廉价的、储备丰富的替代能源。氢能是现今已知的最为清洁的能源，因为其反应过程中与空气中的氧气结合生成水，不产生二氧化碳、一氧化碳、氮氧化合物等气体，不产生环境污染。此外，氢反应的最终产物--水，又可作为制备氢的原始材料，水是地球是储备量最多的物质，所以氢能是替代化石能源的最理想的能源。目前制备氢气的主要手段有电解水技术、光催化制氢技术、化学反应制氢技术。总体而言，光催化制氢技术是最为理想的，其利用太阳能作为能量来源，通过光催化剂裂解水获得氢气，整个光催化过程不需要额外的能源支持，但由于技术、材料等因素，目前光催化制氢还无法达到实际应用阶段。地面可接收的太阳光中，其能量主要分布于可见光区域和红外光区域，紫外光只占总体的4％左右，而红外光区域波长宽度范围较大，能量不集中，380nm-780nm波长区域范围的可见光占地表可接收太阳能量接近一半，且能量集中。传统光催化剂如二氧化钛，其禁带宽度为3.0eV，只响应占太阳光总能量约4％的紫外光，这对太阳光能量无法充分利用，所以光催化剂选择的前提之一是在可见光区域可响应。此外光催化制氢要求光催化剂有合适的禁带宽度和导带价带位置，光催化剂导带底比水分解的H+/H2的氧化还原电位(0Vvs.NHE)更负，或光催化剂半导体价带顶比水分解的O2/H2O的氧化还原电位(1.23V)更正，具有这样导带价带位置的光催化剂才能进行光裂解水析氢反应。
技术实现思路
为了解决上述现有技术中存在的不足之处，本专利技术首要目的在于提供一种三氧化钨/三氧化二铁复合光催化剂。本专利技术的另一目的在于提供上述三氧化钨/三氧化二铁复合光催化剂的制备方法。该方法简单的水热-烧结法，制备工艺简单本专利技术的再一目的在于提供上述三氧化钨/三氧化二铁复合光催化剂的应用。本专利技术的目的通过下述技术方案来实现：一种三氧化钨/三氧化二铁复合光催化剂，所述的三氧化钨/三氧化二铁复合光催化剂是将三氯化铁(III)六水合物与去离子水超声至完全溶解配制三氯化铁前驱液，平板导电基底置于高温反应釜以30～60°斜靠内壁，加入三氯化铁前驱液没过平板导电基底顶，在90～140℃进行水热反应，洗涤和氮气流干燥后，在500～700℃煅烧，在平板导电基底导电面制得三氧化二铁薄膜；将上述获得的三氧化二铁基底放置在高温反应釜以30～60°斜靠内壁，加入氯化钨前驱液，在100～180℃进行水热反应，经洗涤和氮气流下干燥，在450～550℃烧结制得。倾斜放置是为了避免形成过厚的光催化剂薄膜。优选地，所述三氯化铁前驱液的浓度为1～5mmol/L。优选地，所述氯化钨前驱液是将氯化钨超声溶解于醇溶液中制得。优选地，所述氯化钨的质量与醇溶液的体积比为(0.05～0.3)g：4ml；所述醇溶液为甲醇、乙醇或丙醇。优选地，所述的在90～140℃进行水热反应的时间为1-3h。优选地，所述的在100～180℃进行水热反应的时间为8～15h。优选地，所述煅烧的时间为2～4h；所述烧结的时间为2～4h。优选地，所述平板导电基底为氟掺杂氧化锡，铟掺杂氧化锡或锡掺杂氧化锌。所述的三氧化钨/三氧化二铁复合光催化剂的制备方法，包括如下具体步骤：S1.将三氯化铁(III)六水合物与去离子水超声至完全溶解配制三氯化铁前驱液；S2.平板导电基底倾斜靠置于高温反应釜内，加入三氯化铁前驱液没过平板导电基底顶，在90～140℃进行水热反应，洗涤和氮气流干燥后，在500～700℃煅烧，在平板导电基底导电面制得三氧化二铁薄膜；S3.将氯化钨超声溶解于甲醇溶液中制得氯化钨前驱液；S4.将步骤S2获得的三氧化二铁基底斜靠放置在高温反应釜内，加入氯化钨前驱液，在100～180℃进行水热反应，经洗涤和氮气流下干燥，在450～550℃烧结制得三氧化钨/三氧化二铁复合光催化剂。所述的三氧化钨/三氧化二铁复合光催化剂在光催化制氢领域中的应用。本专利技术三氧化钨是一种化学稳定性非常好的金属氧化物半导体光催化剂，其禁带宽度为2.8eV，导带位置比水的H+/H2氧化还原电位正，比三氧化二铁的导带位置略负，其价带位置比三氧化二铁的价带位置更正。当三氧化钨与三氧化二铁复合后，在两者的复合界面处形成异质节，三氧化二铁的本征能级与三氧化钨的本征能级相互作用，具体地，界面处的光生电子易从三氧化钨导带位置转移到三氧化二铁导带位置，而光生空穴易从三氧化二铁的价带位置转移至三氧化钨的价带位置，抑制了光生载流子的复合，同时提高了光生载流子的分离和转移，让更多的光生载流子参与光催化裂解水的反应，进一步的改善了复合光催化剂的光催化性能。三氧化二铁是经典的金属氧化物半导体光催化剂，其禁带宽度为2.3eV，其导带位置高于水分解的H+/H2的氧化还原电位，价带位置高于水分解的O2/H2O的氧化还原电位，是良好的光阳极材料，三氧化二铁可响应539nm-380nm波长范围的可见光。但实际实验结果显示，三氧化二铁远远达不到其理论的光电转换阀值，因为其高的光生载流子复合率，低的光生电子转移速率，严重抑制了三氧化二铁的光催化性能。为了解决这个问题，这里提出了三氧化二铁与三氧化钨复合，形成异质结，进而改善其光催化性能。本专利技术通过简单水热-烧结的方法在平板导电基底上生长一层三氧化二铁薄膜作为三氧化钨光催化剂的负载基底。三氧化钨与三氧化二铁界面处形成异质结，从而三氧化钨的本征能级带隙与三氧化二铁的本征能级带隙相互作用，两者的导带和价带位置相互交错，进一步地改善光生载流子的传输，抑制光生电子-空穴对的复合，拓阔复合光催化剂的光响应范围，提高三氧化钨/三氧化二铁复合光催化剂的光催化性能。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1.本专利技术的三氧化钨/三氧化二铁复合光催化剂通过两次水热-烧结在三氧化钨和三氧化二铁复合界面形成异质结。2.本专利技术的三氧化钨和三氧化二铁在界面处异质结的形成，使三氧化钨的本征能级和三氧化二铁的本征能级相互作用，有利于光生电子从三氧化钨的导带位置转移至三氧化二铁的导带位置，有利于光生空穴从三氧化二铁的价带位置转移至三氧化钨的价带位置，促进光生载流子的分离，加速光生载流子的转移，抑制光生电子-空穴对的复合。3.本专利技术的在界面出形成相互掺杂，改变原有光催化剂的晶格排列，生成掺杂能级，进一步的对复合光催化剂的禁带宽度进行调节，改善复合光催化剂的光催化性能。附图说明图1为实施例1中三氧化钨/三氧化二铁复合光催化剂即的光电性能I-V图。具体实施方式下面结合具体实施例进一步说明本专利技术的内容，但不应理解为对本专利技术的限制。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。除非特别说明，本专利技术采用的试剂、方法和设备为本
常规试剂、方法和设备。实施例11.取三氯化铁六水合物置于去离子水中，超声至完全溶解制得浓度为1mmol/L的三氯化铁(III)前驱液；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三氧化钨/三氧化二铁复合光催化剂，其特征在于，所述的三氧化钨/三氧化二铁复合光催化剂是将三氯化铁(III)六水合物与去离子水超声至完全溶解配制三氯化铁前驱液，平板导电基底置于高温反应釜以30～60°斜靠内壁，加入三氯化铁前驱液没过平板导电基底顶，在90～140℃进行水热反应，洗涤和氮气流干燥后，在500～700℃煅烧，在平板导电基底导电面制得三氧化二铁薄膜；将上述获得的三氧化二铁基底放置在高温反应釜以30～60°斜靠内壁，加入氯化钨前驱液，在100～180℃进行水热反应，经洗涤和氮气流下干燥，在450～550℃烧结制得。

【技术特征摘要】
1.一种三氧化钨/三氧化二铁复合光催化剂，其特征在于，所述的三氧化钨/三氧化二铁复合光催化剂是将三氯化铁(III)六水合物与去离子水超声至完全溶解配制三氯化铁前驱液，平板导电基底置于高温反应釜以30～60°斜靠内壁，加入三氯化铁前驱液没过平板导电基底顶，在90～140℃进行水热反应，洗涤和氮气流干燥后，在500～700℃煅烧，在平板导电基底导电面制得三氧化二铁薄膜；将上述获得的三氧化二铁基底放置在高温反应釜以30～60°斜靠内壁，加入氯化钨前驱液，在100～180℃进行水热反应，经洗涤和氮气流下干燥，在450～550℃烧结制得。2.根据权利要求1所述的三氧化钨/三氧化二铁复合光催化剂，其特征在于，所述三氯化铁前驱液的浓度为1～5mmol/L。3.根据权利要求1所述的三氧化钨/三氧化二铁复合光催化剂，其特征在于，所述氯化钨前驱液是将氯化钨超声溶解于醇溶液中制得。4.根据权利要求3所述的三氧化钨/三氧化二铁复合光催化剂，其特征在于，所述氯化钨的质量与醇溶液的体积比为(0.05～0.3)g：4ml；所述醇溶液为甲醇、乙醇或丙醇。5.根据权利要求1所述的三氧化钨/三氧化二铁复合光催化剂，其特征在于，所述的在90～140℃进行水热反应的时间为1-3h。6.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈其赞，罗东向，张梦龙，李洁，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44