復合光催化劑及制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種聚3-己基噻吩^2胃06復合光催化劑及其制備方法，屬于光催化材料技術領域。
【背景技術】
[0002]由于工業的快速發展帶來的環境污染和能源危機，解決環境污染的問題迫在眉睫，而半導體光催化技術的研宄和應用也受到了廣泛的關注。光催化技術是利用催化劑在光照下表面受激活化產生，當入射光照射到半導體材料表面時，如果入射光光子的能量高于半導體的禁帶寬度，半導體價帶中的電子就會躍迀到導帶中形成光生電子(e_)，價帶由于失去電子會形成光生空穴(h+)。光生電子和空穴受到內電場的作用或通過擴散的方式可以發生分離，由催化劑顆粒內部向表面迀移，但是在迀移的過程中，兩者有可能在光催化材料顆粒內部或者表面重新復合而失去活性。因此，要從根本上提高半導體材料的光催化效率，必須提高光生載流子的分離傳輸效率。
[0003]導電高分子聚合物(聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺等)由于其特殊的共軛結構，具有優秀的載流子傳輸能力。聚3-己基噻吩(P3HT)是聚噻吩的一種衍生物，是一種具有良好導電性和環境穩定性的共軛聚合物，具有獨特的光電特性。它可以很好地吸收可見光，同時具有很高的載流子迀移率，因此受到人們的廣泛關注。
[0004]作為簡單的Aurivillius氧化物之一的Bi2WO6,由于具有在可見光下分解水和降解有機污染物的光催化性能而備受關注。已經有大量的報道證實在Bi2WO6*催化體系中，空穴是主要的氧化物種，而P3HT具有優秀的空穴傳輸性能，通過將兩者進行復合，能夠使空穴在兩者之間自由地傳輸，利用P3HT將作為主要氧化物種的空穴盡快地導入催化劑的表面，和有機污染物分子發生氧化反應，從而起到更快地消解污染物的作用。因此，將P3HT和812胃06進行復合，有望帶來載流子分離與迀移速率和光催化性能的大幅度提升。因此，P3HT/B 12胃06復合材料的制備既具有較高的科學價值又具有對環境污染治理的實際意義。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是為了解決上述的光催化劑中的光生載流子容易復合，制備方法繁瑣等技術問題而提供一種聚3-己基噻吩/Bi2WO6復合光催化劑及其制備方法，所提供的聚3-己基噻吩/Bi2WO6復合光催化劑具有較高的載流子分離傳輸效率和光催化活性，且制備方法簡單，可控性強，容易實現規模化生產。
[0006]本發明的技術方案
一種聚3-己基噻吩/^;[2106復合光催化劑，由納米尺寸的片狀Bi 2胃06和納米顆粒的聚3-己基噻吩組成，且納米顆粒聚3-己基噻吩分布在納米尺寸的片狀Bi2WO6I，納米尺寸的片狀Bi2WOf^P納米顆粒的聚3-己基噻吩兩種物質的界面形成異質結結構，按質量百分比計算，納米顆粒的聚3-己基噻吩:納米尺寸的片狀Bi2WO6S 0.1-10%:90-99.9%。
[0007]上述的一種聚3-己基噻吩/Bi2WO6復合光催化劑制備方法，具體包括以下步驟: (1)、Bi2WO6粉體的制備
將Bi (NO3) 3.5H20溶于硝酸中，得到濃度為2 mol/L的Bi (NO3) 3溶液；
將Na2WO4.2H20溶于去離子水中，得到濃度為I mol/L的Na2WO4水溶液；
然后按摩爾比計算，即Bi (NO3) 3溶液中的Bi 3+:Na 2W04水溶液中的WO 42-為2:1的比例，將Bi (NO3) 3溶液和Na 2胃04水溶液混合均勻，得到白色懸浮溶液，然后用質量百分比濃度為8%的NaOH水溶液調pH值為1-2，轉移到水熱釜中，控制溫度為160°C下反應20h，所得的反應液過濾，所得的濾餅依次用去離子水和無水乙醇洗滌，然后離心，所得的沉淀控制溫度為60°C干燥12h，獲得的Bi2WO6粉體；
(2)、將步驟(I)所得的Bi2WO6粉體溶于有機溶劑I中控制功率為40-100W，頻率為20-40KHZ進行超聲處理30min，得到Bi2WOf^v體溶液；
所述的有機溶劑I為無水乙醇、氯仿或四氫呋喃；
(3)、將納米顆粒的聚3-己基噻吩溶解于有機溶劑2中，得到聚3-己基噻吩溶液；
所述的有機溶劑2為無水乙醇、氯仿或四氫呋喃；使用過程中，有機溶劑I和有機溶劑2可相同，也可以不同；
(4)、然后將步驟(2)所得的8丨2胃06粉體溶液和步驟(3)所得的聚3-己基噻吩溶液混合，然后控制轉速為1000-2000 r/min，溫度為5_30°C進行反應12-48 h，所得反應液過濾，所得的濾餅依次用無水乙醇和去離子水洗滌3-5次，然后控制溫度為60-80 °C進行干燥，即得聚3-己基噻吩/Bi2WO6復合光催化劑；
上述混合所用的步驟(2)所得的8丨2胃06粉體溶液和步驟(3)所得的聚3-己基噻吩溶液的量，按質量百分比計算，即聚3-己基噻吩溶液中的聚3-己基噻吩！Bi2WO6粉體溶液中的 Bi2TO6粉體為 0.1-10%: 90-99.9%。
[0008]本發明的有益效果
本發明的一種聚3-己基噻吩/Bi2WOf^合光催化劑，Bi 2W06納米片與聚3-己基噻吩納米顆粒通過化學鍵緊密地結合在一起，極大地提高了載流子的分離傳輸效率，不僅具有較高的光催化活性，還具有很高的穩定性。
[0009]進一步，本發明的一種聚3-己基噻吩/Bi2WOf^合光催化劑在5分鐘內對羅丹明B的降解率達到99%，而未復合有聚3-己基噻吩的Bi2WO6粉體在同樣的時間對羅丹明B的降解率僅為50%。可見聚3-己基噻吩作丨2106復合光催化劑在降解自然條件下難降解的有機污染物，特別是對羅丹明B的降解方面更有優勢，具有廣闊的應用前景。
[0010]進一步，本發明的一種聚3-己基噻吩/Bi2WO6復合光催化劑的制備方法，制備過程無需特殊設備和苛刻條件，制備工藝簡單，可控性強，容易實現規模化生產。
【附圖說明】
[0011 ] 圖1、實施例1所得的聚3-己基噻吩/Bi2WO6復合光催化劑的XRD衍射譜圖；
圖2、實施例1所得的聚3-己基噻吩/Bi2WO6復合光催化劑的透射電鏡圖；
圖3、應用實施例1中聚3-己基噻吩作12106復合光催化劑用于降解羅丹明B水溶液，不同光照反應時間下，羅丹明B水溶液的吸光度隨檢測波長的變化情況；
圖4、以實施例1所得的聚3-己基噻吩作12106復合光催化劑，實施例1中步驟(I)所得的Bi2WO6粉體為催化劑用于羅丹明B水溶液進行降解反應，分別進行光照反應5min、10min、 15min、20min所得的羅丹明B的降解率情況。
【具體實施方式】
[0012]下面通過具體實施例并結合附圖對本發明進一步闡述，但并不限制本發明。
[0013]本發明的各實施例中所用原料的規格及生產廠家信息如下:
Bi (NO3)3.5H20(分析純，國藥集團化學試劑有限公司)；
Na2WO4.2H20(分析純，國藥集團化學試劑有限公司)；
硝酸(分析純，國藥集團化學試劑有限公司)；
NaOH (分析純，國藥集團化學試劑有限公司)；
氯仿(分析純，國藥集團化學試劑有限公司)；
四氫呋喃(分析純，百靈威科技有限公司)；
無水乙醇(分析純，國藥集團化學試劑有限公司)；
聚3-己基噻吩(電子級，百靈威科技有限公司)。
[0014]實施例1
一種聚3-己基噻吩/^;[2106復合光催化劑，由納米尺寸的片狀Bi 2胃06和納米顆粒的聚3-己基噻吩組成，且納米顆粒聚3-己基噻吩分布在納米尺寸的片狀Bi2WO6I，兩種物質界面形成異質結結構，按質量百分比計算，納米顆粒的聚3-己基噻吩:納米尺寸的片狀Bi2WO6為 0.5%:99.5%ο
[0015]上述的一種聚3-己基噻吩/Bi2WO6復合光催化劑制備方法，具體包括以下步驟: (I)、Bi2WO6粉體的制備
將0.97g Bi (NO3) 3.5H20(分析純)溶于硝酸中，0.329g Na2WO4.2H20(分析純)溶于去離子水中；
然后將上述兩種溶液混合均勻后得到白色懸浮溶液，然后用質量百分比濃度為8 %的NaOH水溶液調pH值為1-2，轉移到水熱釜中，控制溫度為160°C下反應20h，所得的反應液過濾，所得的濾餅依次用去離子水和無水乙醇洗滌，然后離心，所得的沉淀控制溫度為60°C干燥12h，獲得的812胃06粉體；
采用場發射透射電子顯微鏡(FEI tecnaiG2F30，美國FEI公司)對上述所得的扮2胃06粉體進行形貌和微結構分析，可以看出，所得的812胃06粉體為納米尺寸的片狀Bi 2W06。
[0016](2)、將0.3g步驟(I)所得的扮2胃06粉體溶于20ml有機溶劑I中，控制功率為100W，頻率為40 KHz進行超聲處理30min，得到濃度為15 g/L的Bi2WO6粉體溶液；
所述的有機溶劑I為氯仿；
(3)、將0.0015g納米顆粒的聚3-己基噻吩溶解于20 ml有機溶劑2中，得到濃度為
0.075 g/L的聚3-己基噻吩溶液；
所述的有機溶劑2為氯仿；
(4)、然后將20ml步驟(2)所得的Bi2WO6粉體溶液和20ml步驟(3)所得的聚3-己基噻吩溶液進行混合，然后控制轉速為10000 r/min,溫度為25°C進行反應24h，所得反應液過濾，所得的濾餅依次用無水乙醇和去離子水洗滌5次，然后控制溫度為60 °C進行干燥，即得聚3-己基噻吩/Bi2WO6復合光催化劑；
上述混合所用的步驟(2)所得的8丨2胃06粉體溶液和步驟(3)所得的聚3-己基噻吩溶液的量，按質量百分比計算，即聚3-己基噻吩溶液中的聚3-己基噻吩！Bi2WO6粉體溶液中的 Bi2WO6粉體為 0.5%: 99.5%ο
[0017]采用X射線衍射儀(D/max2200PC，日本理學株式會社)對上述所得的聚3_己基噻吩作12106復合光催化劑進行測定，所得的XRD圖譜如圖1所示，從圖1中可以看出，所得的聚3-己基噻吩/Bi2WO6復合光催化劑中的Bi 2胃06粉體為正交晶系的鎢鉍礦型結構的Bi 2W06,因聚3-己基噻吩的復合量較少，XRD圖譜未表現出其衍射峰。
[0018]采用場發射