一种新型氧化钨纳米棒光催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种新型氧化钨纳米棒光催化剂及其制备方法，包括以下步骤：选用极性不同的第一极性溶剂和第二极性溶剂按照一定的比例混合均匀获得混合极性溶剂，在超声的条件下，将表面活性剂分散至混合极性溶剂中，随后加入一定量的无水有机酸调节混合极性溶剂的PH值，获得混合极性溶液；将乙酰丙酮钨加入混合极性溶液中，在低温条件下，超声一定时间进行反应，获得包含有光催化剂的混合溶液；将混合溶液提纯获得产物；将产物在真空冷冻条件下干燥获得所述新型氧化钨纳米棒光催化剂。该制备方法温和、简单易操作，获得的氧化钨纳米棒光催化剂结构稳定性好，在可见光下表现出了光响应性和优异的光催化固氮活性。响应性和优异的光催化固氮活性。响应性和优异的光催化固氮活性。

【技术实现步骤摘要】
一种新型氧化钨纳米棒光催化剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体光催化领域，具体涉及一种新型氧化钨纳米棒光催化剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]在光催化固氮领域，常常由于氮气在水中的溶解性低，氮气很难在催化剂表面发生氮气的吸附与活化，氧化钨由于其独特的表面吸附性能受到关注，而现有的水热法合成的氧化钨其光催化固氮性能较差，如何开发一种工艺简单、光催化固氮性能高的氧化钨制备方法是亟待解决的问题之一。

技术实现思路

[0003]针对现有技术中存在的技术问题，本专利技术的首要目的是提供一种新型氧化钨纳米棒光催化剂的制备方法，该制备方法以乙酰丙酮钨为原料，选用极性不同的第一极性溶剂和第二极性溶剂调整溶剂的极性，使得该溶剂适合于乙酰丙酮钨的水解成核，同时通过无水有机酸调节溶液的ph值，乙酰丙酮钨在超声波的活化作用下，在第一极性溶剂和第二极性溶剂中缓慢水解，同时在氯化十二烷基苄基三甲基铵表面活性剂的限位下，在30℃至40℃的低温条件下生长出氧化钨(WO3)纳米棒光催化剂，该光催化剂在可见光下表现出优异的光催化固氮活性。
[0004]本专利技术的一方面提供一种新型氧化钨纳米棒光催化剂的制备方法，包括以下步骤：选用极性不同的第一极性溶剂和第二极性溶剂按照一定的比例混合均匀获得混合极性溶剂，在超声的条件下，将一定量的表面活性剂分散至所述混合极性溶剂中，随后加入一定量的无水有机酸调节所述混合极性溶剂的PH值至3～5，获得混合极性溶液；将乙酰丙酮钨加入所述混合极性溶液中，在低温条件下，超声一定时间进行反应，获得包含有光催化剂的混合溶液；将所述包含有光催化剂的混合溶液提纯获得产物；将所述产物在真空冷冻条件下干燥获得所述新型氧化钨纳米棒光催化剂。
[0005]所述第一极性溶剂选用乙二醇或丙二醇，所述第二极性溶剂选用去离子水；所述第一极性溶剂与所述第二极性溶剂的体积比选用10:1。
[0006]所述表面活性剂选用氯化十二烷基苄基三甲基铵，所述表面活性剂与所述第一极性溶剂的体积比为0.013～0.021；优选地，所述表面活性剂与所述第一极性溶剂的体积比为0.015。
[0007]所述无水有机酸选用喹啉
‑8‑
磺酸，所述喹啉
‑8‑
磺酸和所述第一极性溶剂的摩尔比为20:1。
[0008]所述乙酰丙酮钨与第一极性溶剂的摩尔比为1:1。
[0009]所述乙酰丙酮钨加入所述极性溶液的步骤中，所述低温的温度为30～40℃，所述反应的时间为10～30min，所述超声的功率为100～150W。
[0010]所述乙酰丙酮钨加入所述极性溶液的步骤中，所述低温的温度为35℃，所述反应
的时间为20min，所述超声的功率为150W。
[0011]所述提纯的步骤中，选用截止分子量为100～500道尔顿的透析袋提纯。
[0012]所述真空冷冻的条件为，真空度小于15Pa，温度小于等于零下50℃。
[0013]本专利技术的一方面还提供一种新型氧化钨纳米棒光催化剂，所述催化剂采用上述制备方法获得。
[0014]本专利技术的制备方法在温和条件下制备获得了氧化钨纳米棒催化剂，简单易操作，该制备方法解决了传统水热法制备氧化钨纳米棒光催化剂所需的高温、高压、高能耗和催化剂性能不高等问题。该制备方法获得的氧化钨纳米棒光催化剂结构稳定性好，在可见光下表现出了光响应性和优异的光催化固氮活性。
附图说明
[0015]图1是本专利技术实施例1制备的氧化钨纳米棒光催化剂的XRD图谱。
[0016]图2是本专利技术实施例1制备的氧化钨纳米棒光催化剂的扫描电镜测试图。
[0017]图3是本专利技术实施例1制备的氧化钨纳米棒光催化剂固体紫外
‑
可见光谱图。
[0018]图4是本专利技术实施例1制备的氧化物纳米棒光催化剂的光催化分解固氮性能图。
[0019]图5是本专利技术实施例2制备的样品的扫描电镜测试图。
[0020]图6是本专利技术对比例1制备的样品的扫描电镜测试图。
[0021]图7是本专利技术对比例2制备的样品的扫描电镜测试图。
具体实施方式
[0022]接下来将结合本专利技术的附图对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它实施例，均属于本专利技术保护的范围。下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从公开商业途径获得。
[0023]实施例1
[0024]首先，量取110ml的乙二醇、11ml的去离子水，混合均匀获得混合极性溶剂。接着，量取氯化十二烷基苄基三甲基铵表面活性剂1.65ml加入上述混合极性溶液中，随后加入喹啉
‑8‑
磺酸调节混合极性溶液的pH至3。
[0025]接着，取2mol的乙酰丙酮钨加入上述混合极性溶液中，在35℃的温度条件下，设置超声功率为150W，超声反应20min。
[0026]反应结束后，将反应后的溶液用截止分子量500道尔顿的透析袋提纯，随后，将提纯获得的样品在真空冷冻条件下干燥，真空度小于15Pa，干燥温度为零下50℃，干燥时间为24h，获得新型氧化钨纳米棒催化剂。
[0027]取上述制备获得的样品，测试其X射线衍射图，测试结果如图1示，由图可知，与氧化钨(WO3)的标准PDF卡(卡号为33
‑
1387)对比，衍射峰一致，该样品氧化钨(WO3)的衍射峰比较尖锐，意味着样品的结晶性较好。
[0028]将上述获得的样品进行扫描电镜测试，结果如图2所示，由电镜图片可以看出，该制备方法获得纳米棒量大，氧化钨(WO3)纳米棒整体上形貌均匀，呈均匀层叠的纳米棒簇，
纳米棒簇之间堆叠，并具有间隙。纳米棒的长度整体上在2μm左右，结构均无其他杂质形貌结构。扫描电镜图与X射线衍射图结果一致。
[0029]图3是上述样品的紫外
‑
可见光谱图，由该图可以看出，氧化钨(WO3)纳米棒的吸收边带为440nm，属于可见光吸收范围，这说明本专利技术方法所制备的氧化钨(WO3)纳米棒，具有可见光响应和可见光催化活性。
[0030]光催化实验：取50mg上述制备的氧化钨纳米棒催化剂样品置于160ml反应容器中，加入100ml去离子水，然后将氧气和氮气按照1:1的比例通入上述反应容器中，打开可见光源照射上述反应容器，在可见光分别照射至1h、3h和5h后取上清液，进行离子色谱测试。图4是该氧化钨(WO3)纳米棒光催化剂的光催化固氮性能图，由图中可以知，氧化钨纳米棒的可见光产硝酸量为0.9mg/g，显示出优异的光催化固氮活性。而且在5个小时的采集过程中，其光催化性能没有发生明显的衰减，说明本专利技术制备的氧化钨纳米棒光催化剂的结构比较稳定。
[0031]实施例2
[0032]首先，量取110ml的乙二醇、11ml的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型氧化钨纳米棒光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：选用极性不同的第一极性溶剂和第二极性溶剂按照一定的比例混合均匀获得混合极性溶剂，在超声的条件下，将一定量的表面活性剂分散至所述混合极性溶剂中，随后加入一定量的无水有机酸调节所述混合极性溶剂的PH值至3～5，获得混合极性溶液；将乙酰丙酮钨加入所述混合极性溶液中，在低温条件下，超声一定时间进行反应，获得包含有光催化剂的混合溶液；将所述包含有光催化剂的混合溶液提纯获得产物；将所述产物在真空冷冻条件下干燥获得所述新型氧化钨纳米棒光催化剂。2.根据权利要求1的所述制备方法，其特征在于，所述第一极性溶剂选用乙二醇或丙二醇，所述第二极性溶剂选用去离子水；所述第一极性溶剂与所述第二极性溶剂的体积比选用10:1。3.根据权利要求2的所述制备方法，其特征在于，所述表面活性剂选用氯化十二烷基苄基三甲基铵，所述表面活性剂与所述第一极性溶剂的体积比为0.013～0.021；优选地，所述表面活性剂与所述第一极性溶剂的体积比为0.015。4.根据权利要求1至3任一项的所述制备方法，其特征在于，所述无水有...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏鹏飞，乔梁，李笑玮，王康，黄定旺，
申请(专利权)人：电子科技大学长三角研究院湖州，
类型：发明
国别省市：