bi2wo6graphene的可控合成及其可见光催化性能研究

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1、.“经济困难学生助研能力的培养及管理模式的建立”子项目申报表项目名称：Bi2WO6/Graphene的可控合成及其可见光催化性能研究页.项目研究的科学依据和意义科学依据：目前半导体光催化降解是除去水质中有机染料废水较有效的方法[1]。与其他半导体材料相比，TiO2具有稳定性高、成本低、毒性较低和光催化性能好的优点，为到目前研究的最为广泛和深入的一种半导体光催化剂。但TiO2的使用主要存在以下不足：（1）带隙较宽（Eg=3.2eV），只能利用太阳光中4％的紫外光；（2）光生载流子复合率高导致光量子效率低；(3)易发生光腐蚀，稳定性差。因此有必要开发高

2、效的可见光催化剂合成方法。主要在以下两方面取得显著进展：一是通过对TiO2进行掺杂和改性将其带隙移至可见光波段；二是开发新型的具有可见光响应的半导体材料以提高其光催化活性。在本项目中，拟开发制备石墨烯-铋系半导体复合材料并研究可见光光催化降解有机染料废水。近年来，科学家们发现了一系列具有光响应的钨酸盐光催化剂，如钨酸铋，钨酸锌，钨酸银等。1999年AkihikoKudo和StatoshiHijii等报道了Bi2WO6在波长大于420nm的可见光辐射下具有光催化活性。钨酸盐半导体的价带由金属原子的最外层s和O2p轨道杂化而成，具有较高的氧化活性和电荷

3、流动性;区别于掺杂的二氧化钛，钨酸盐光催化剂在可见光区有较陡峭的能带吸收边，表明它们的可见光吸收产生于其本身的带间跃迁，而非杂质能级的作用，有效地避免了杂质所形成的复合中心而降低催化效率。同时钨酸盐光催化剂含有WO6大都具有独特的层状结构，使催化反应主要在层间空间进行，起着“二维”光催化作用，并且它们的光催化活性也会因层间的分子或离子的不同而改变，是一类新型高效的非均相光催化剂。因此，钨酸盐半导体光催化剂的研究为发展可见光催化去除和降解有机污染物及分解水开辟了一条新的途径。然而，这类钨酸盐光催化剂通常是用高温煅烧方法制备。固相法得到的催化剂颗粒粒径

4、普遍较大、粒径分布不均匀、比表面积较小，致使其光催化性能较差。扩展催化剂的光吸收范围和增加催化剂的比表面积是提高催化剂光催化活性的两个重要途径。前者与催化剂的电子结构有关，而后者主要决定于催化剂的制备方法。水热/溶剂热合成法并且添加表面活性剂在提高催化剂的比表面积方面更有成效。石墨烯具有极大的理论比表面积和优异的光学、电学、热稳定性等性能，是一种良好的电子接受体，非常适宜的催化剂载体。利用石墨烯优良的特性与其它材料复合可赋予材料优异的性质。以石墨烯为载体负载纳米粒子，可以提高这些粒子在催化、传感器、超级电容器等领域中的性质。受到以上研究内容的启发，

5、将Bi2WO6半导体光催化剂负载在石墨烯页.表面并用于光催化，利用石墨烯的高导电性有利于含铋半导体光催化剂表面产生的电子快速迁移，从而提高电子和空穴分离效率，增大半导体表面的活性氧化物种富集程度，以改善其光催化活性是一种非常值得尝试的方法。意义：针对目前已有光催化剂存在可见光催化活性低、结合Bi2WO6光催化剂具有可见光响应的特点和石墨烯在光催化中的潜在应用，旨在通过设计和构建在可见光下响应的含铋石墨烯复合光催化材料。水热/溶剂热可控合成Bi2WO6/graphene复合纳米材料，结合Bi2WO6可见光催化活性较好和石墨烯导电性优异，光生载流子容易

6、发生转移和分离从而有效抑制光生电子和空穴的复合的优点，有望合成高可见光催化活性的复合材料。页.研究内容和预期成果研究内容：1.氧化石墨的制备：以鳞片石墨为原材料，采用改性的Hummer法制的氧化石墨(GO)。2.Bi2WO6/graphene的可控合成及其可见光催化性能研究：Bi2WO6/graphene复合纳米材料通过水热/溶剂热法合成。具体步骤如下图路线所示，将GO加入去离子水中，超声分散处理，将适量的Bi(NO)3)3·5H2O和表面活性剂（如PVP、CTAB或PEG等）加入到稀硝酸中然后缓慢加入的GO水溶液中，搅拌溶解得到溶液A，将Na2W

7、O4的水溶液加入溶液A中，搅拌得悬浮液，滴加一定量的碱性溶液以调节pH值，继续磁力搅拌以备用。转移该混合溶液到密闭釜中一定温度水热反应一定时间。反应结束自然冷却到室温，抽滤，淋洗，得到Bi2WO6/graphene复合物。以罗丹明或亚甲基蓝为目标染料分子，考查所合成的半导体复合材料的可见光催化活性，通过调控组成和制备条件，同时结合XRD、FTIR、TEM、XPS等结构形貌表征手段，以期望获得高可见光催化活性的Bi2WO6/graphene复合材料。GO水溶液Bi(NO3)3·5H2O+PVP超声搅拌ANa2WO6水溶液中水热graphene/Bi2

8、WO6结构形貌表征XRD、FTIR、TEM、XPS等调控组成和制备条件可见光催化降解染料图1.水热合成Bi2WO6/gra