多层纳米板状WO3及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种多层纳米板状WO3及其制备方法和应用。先将钨酸钠溶液和浓盐酸反应得到的沉淀溶解双氧水中，然后加入聚乙烯醇和超纯水制备好种子层溶液，通过旋涂溶液制备含WO3籽晶的FTO衬底，在500℃下在空气中退火2h得到种子层，将钨酸钠溶解于水中后加入盐酸得到沉淀，再加入草酸溶解后得到前驱体溶液；然后将种子层置于前驱体溶液中在180℃下进行水热反应；最后将水热得到的产物在500℃下退火，得到多层纳米板状WO3。本发明专利技术通过在前驱体溶液中添加形貌调节剂盐酸和将草酸铵替换为草酸，并调控其水热体积和降温速率成了具有多层纳米板状结构的WO3，提高其在光电催化产双氧水的选择性，选择性可达60.5％。选择性可达60.5％。选择性可达60.5％。

【技术实现步骤摘要】
多层纳米板状WO3及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于光电催化材料制备领域，涉及一种多层纳米板状三氧化钨及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]过氧化氢（H2O2）是当今最重要的化学物质之一，过氧化氢（H2O2）不仅是一种温和、环保的有机合成和环境修复氧化剂，而且是一种很有前途的新型液体燃料，因此受到越来越多的关注。全球年需求量约为400万吨。目前，全球H2O2产量的90%以上基于蒽醌氧化（AO）工艺，该工艺最早于20世纪40年代开发。管在每个AO过程中H2O2的浓度可高达~70 wt%，但仍存在许多缺点，例如发生一系列副反应，需要复杂的分离步骤来去除有机杂质，以及非常高的能耗。因此现场电化学生产H2O2，以降低运输成本和安全问题，并利用可再生电力，这一点越来越受到关注。尽管通过加氢或电化学过程中还原O2的方法在H2O2合成中取得了快速发展，但通常认为将水直接分解为H2和H2O2两种高附加值的化学品是生产H2O2的更理想且经济可行的途径。
[0003]从能耗角度考虑，光电催化（PEC）用于H2O2生产的水氧化更可持续，因为它利用光辐射作为反应的驱动力。此外，PEC工艺对H2O2生成的选择性（即 FE（H2O2））与所施加的偏压的相关性较小，而与表面的光电催化工艺相关，因为表面反应是由光生空穴在价带中积累的最大值驱动的。金属氧化物作为光催化剂是有利的，因为它们在反应和制造过程中有着不错的稳定性，且制备过程比较简易。
[0004]目前用于光电催化的金属氧化物二维薄膜的制备方法多用物理气相沉积法、化学气相沉积法和水热法等，物理和化学气相沉积的方法能够快速的生长致密的纳米薄膜，但是这种方法生长出来的大部分都是纳米颗粒或者块状结构，晶体结构或者形貌并不具备优势，例如他们的比表面积、载流子收集路径、带隙、电荷转移等方面的表现相对较差。而用水热种子层辅助原位生长的方法能够得到良好的纳米晶体结构，在各方面都能表现出不错的优势。但电催化，光催化和其他非均相催化作用发生在催化剂表面，因此晶体的形貌和结构在决定其性能方面起着至关重要的作用，不同的晶体形貌和结构对于催化的导向十分重要。
[0005]
技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种提供双氧水产率的多层纳米板状三氧化钨的制备方法，通过水热的方法，加入表面形貌调节剂，制备具有多层纳米板状三氧化钨，多层纳米板状三氧化钨能够有效提高光电化学生产双氧水的效率，提高双氧水的选择性，以及光电性能。
[0007]实现本专利技术目的的技术方案如下：一种多层纳米板状三氧化钨的制备方法，具体步骤如下：
（1）向钨酸钠溶液加入浓盐酸得到沉淀，将离心所得沉淀溶解于双氧水，然后加入超纯水和分散剂聚乙烯醇，搅拌至完全溶解，将所得溶液旋涂在干净的掺氟氧化锡导电玻璃（FTO）表面，然后置于500℃下退火得到种子层；（2）向钨酸钠溶液加入浓盐酸得到沉淀，然后加入草酸溶解沉淀得到澄清的溶液，得到前驱体溶液；（3）将带有种子层的FTO浸没在前驱体溶液中，且种子层朝下，在180℃下水热反应，降至一定温度后取出，并快速冷却；（4）水洗干净后，置于500℃下退火，退火结束后降至室温，得到多层纳米板状三氧化钨。
[0008]优选地，步骤（1）中，置于500℃下退火2h。
[0009]优选地，步骤（2）中，钨酸钠与浓盐酸的摩尔比为100:3.05。
[0010]优选地，步骤（3）中，在180℃下水热反应2h。
[0011]优选地，步骤（3）中，降至80~100℃后取出，并用流水快速冷却。
[0012]优选地，步骤（4）中，置于500℃下2 h。
[0013]优选地，步骤（4）中，升温、降温速率均为15℃/min。
[0014]上述多层纳米板状三氧化钨在光电催化水氧化产双氧水上的用途。
[0015]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术通过在前驱体溶液中添加形貌调节剂Cl
‑
（盐酸），并将草酸铵替换为草酸，并调控其水热体积和降温速率，合成了具有多层纳米板状WO3，提高其在光电催化产双氧水的选择性，由现有的25.7%提高至60.5％，光电流提升了3.1倍。
附图说明
[0016]图1为对比例1和实施例1中S
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WO3和M
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WO3的XRD图。
[0017]图2为对比例1和实施例1中S
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WO3（a）和M
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WO3（b）的SEM图。
[0018]图3为对比例1和实施例1中S
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WO3（a）和M
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WO3（b）的横截面FE
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SEM图像。
[0019]图4为对比例1和实施例1中S
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WO3和M
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WO3光电阳极的电流
‑
电压曲线。
[0020]图5为对比例1和实施例1中S
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WO3（a）和M
‑
WO3（c）的XPS O
1s
图。
[0021]图6为对比例1和实施例1中S
‑
WO3和M
‑
WO3的电化学活性面积图。
[0022]图7为对比例1和实施例1中S
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WO3和M
‑
WO3的光阳极的极化曲线，数据是无光照条件下收集的。
[0023]图8为对比例1和实施例1中在1M NaHCO3电解质中在AM 1.5G照射下S
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WO3和M
‑
WO3光阳极的PEC生成H2O2的法拉第效率。
具体实施方式
[0024]下面结合实施例和附图对本专利技术做进一步详述。
[0025]金属氧化物作为光催化剂是有利的，因为它们在反应和制造过程中有着较好的稳定性，且制备过程比较简易。从热力学的角度看，调节中间体的热力学过程是一种有效调节对电催化多电子转移反应中所需产物的选择性的方法。热力学上适合于水分解的氧化物却在光催化剂中光吸收差，这是因为其由O
2p
组成的价带非常深，因此具有大的带隙（> 3eV）。
所以可见光响应型氧化物光催化剂像WO3一样，在热力学上不适合用于水分解，因为导带的电势对于E（H
+
/H2），0 V vs. RHE的H2析出来说太正，[反应式(1)
‑
(2)]表明，H2O2的生成电势比水分解的电势更大。因此，对于氧化物光催化剂而言，生成H2O2的热力学要求不那么严格，所以在光电催化水氧化产H2O2上具有很大的潜力。除此之外WO3还具有良好的光电性能能够很快的达到饱和电流值，是一种十分适合水氧化产双氧水的材料之一。
[0026]O2+2H
+
+2e
‑
= H2O2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
E(O2/ H2O2)=+0.68V vs. RHE
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（1）2H本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多层纳米板状三氧化钨的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：（1）向钨酸钠溶液加入浓盐酸得到沉淀，将离心所得沉淀溶解于双氧水，然后加入超纯水和分散剂聚乙烯醇，搅拌至完全溶解，将所得溶液旋涂在干净的FTO表面，然后置于500℃下退火得到种子层；（2）向钨酸钠溶液加入浓盐酸得到沉淀，然后加入草酸溶解沉淀得到澄清的溶液，得到前驱体溶液；（3）将带有种子层的FTO浸没在前驱体溶液中，且种子层朝下，在180℃下水热反应，降至一定温度后取出，并快速冷却；（4）水洗干净后，置于500℃下退火，退火结束后降至室温，得到多层纳米板状三氧化钨。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中，置于500℃下退火2h。3.如权利要求1所述的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：李赫，张侃，石晓琴，年晓龙，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：