[发明专利]氧化钨纳米棒/锡离子修饰的碳化钛量子点/硫化铟纳米片复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种氧化钨纳米棒/锡离子修饰的碳化钛量子点/硫化铟纳米片复合材料及其制备方法。发明在复合材料中引入锡离子，可以提高其光催化还原水体中六价铬及分解水产氢的效率。与引入未进行锡离子修饰的碳化钛量子点的三氧化钨/碳化钛量子点/硫化铟复合材料相比，本发明构建的Z型异质结复合材料能够显著提高光催化效率。实验证实，三氧化钨/锡离子修饰的碳化钛量子点/硫化铟复合材料在可见光下分别快速还原水体中六价铬和分解水产氢的性能均明显优于三氧化钨/碳化钛量子点/硫化铟。其中，在可见光下照射6 min后，氧化钨纳米棒/锡离子修饰的碳化钛量子点/硫化铟纳米片Z型异质结所在的水体中六价铬被完全地还原去除。

技术领域

本发明属于无机纳米复合材料及其光催化技术领域，具体涉及一种氧化钨纳米棒/锡离子修饰的碳化钛量子点/硫化铟纳米片Z型异质结复合材料的制备方法及其在可见光条件下有效去除水体中污染物和光催化分解水产氢的应用。

背景技术

光催化技术因其在解决环境污染与能源危机等问题的潜在应用而受到广泛的关注。为了解决日益严重的环境和能源危机，越来越多的半导体材料被应用在催化领域，其中量子点材料由于体积较小产生的量子限制会导致带隙扩大，使其具有更好的理化性质可调性，更丰富的活性边缘位点，从而在近期的研究中逐渐展现出较强的竞争力。现有技术（CN111974427A）以碳化钛量子点为电子传递介质，首先使用温和的刻蚀方法制备初步分层的碳化钛溶液，再通过简单的多次冻融加超声的方法高效制备碳化钛量子点，然后静置吸附使量子点均匀地负载在三氧化钨纳米棒表面，最后通过回流生长硫化铟纳米片构筑氧化钨纳米棒/碳化钛量子点/硫化铟纳米片Z 型异质结复合材料，具有催化活性。不过经过进一步的研究，发现该催化剂的催化速率还有进一步的提升空间。

发明内容

本发明的目的是提供一种在可见光响应的氧化钨纳米棒/锡离子修饰的碳化钛量子点/硫化铟纳米片Z型异质结复合材料及其制备方法。锡金属离子具有高电导率、较低的放电点位和环境友好性；新型二维层状化合物碳化钛作为一种过渡金属碳化物，具有良好的金属导电性、亲水性和丰富的活性催化位点。二者所构建的锡离子修饰的碳化钛量子点可以代替贵金属作为异质结中的电子传递介质，增强电子迁移能力，在可见光的照射下分别实现光催化处理水体中污染物和分解水产氢。

本发明首先制备碳化钛量子点，之后在碳化钛量子点水溶液中投入二价锡化合物，通过简单的超声方法将二价锡离子成功锚定在预先刻蚀好的碳化钛量子点表面，得到锡离子修饰的碳化钛量子点；之后将水热法制备的三氧化钨纳米棒分散在含有锡离子修饰的碳化钛量子点水溶液中，搅拌一段时间并静置，经过冻干处理后得到负载有锡离子修饰的碳化钛量子点的氧化钨纳米棒粉末；再将上述粉末与铟化合物和硫化合物搅拌混合均匀，在恒温条件下进行回流反应，得到氧化钨纳米棒/锡离子修饰的碳化钛量子点/硫化铟纳米片Z型异质结纳米复合材料。本发明在复合材料中引入锡离子，可以提高光催化处理污染物以及分解水产氢的效率。与引入未进行锡离子修饰的碳化钛量子点的三氧化钨/碳化钛量子点/硫化铟复合材料相比，本发明构建的Z型异质结复合材料能够显著提高光催化效率。实验证实，三氧化钨/锡离子修饰的碳化钛量子点/硫化铟复合材料在可见光下分别还原水体中六价铬和光催化分解水产氢的性能均明显优于三氧化钨/碳化钛量子点/硫化铟。

为了达到上述目的，本发明采用如下具体技术方案：

氧化钨纳米棒/锡离子修饰的碳化钛量子点/硫化铟纳米片复合材料，包括氧化钨纳米棒、锡离子修饰的碳化钛量子点以及硫化铟纳米片；优选的，由氧化钨纳米棒、锡离子修饰的碳化钛量子点以及硫化铟纳米片组成。

本发明公开了上述氧化钨纳米棒/锡离子修饰的碳化钛量子点/硫化铟纳米片复合材料的制备方法，包括以下步骤：在碳化钛量子点上引入锡离子，得到锡离子修饰的碳化钛量子点；然后在氧化物纳米棒上负载所述锡离子修饰的碳化钛量子点，得到负载锡离子修饰的碳化钛量子点的氧化钨纳米棒；再将负载锡离子修饰的碳化钛量子点的氧化钨纳米棒、铟化合物和硫化合物在溶剂中反应，得到氧化钨纳米棒/锡离子修饰的碳化钛量子点/硫化铟纳米片复合材料，为Z型异质结复合材料。