[发明专利]一种制备镍离子掺杂三氧化钨光催化剂的方法及其产品与应用

说明书

本发明公开了一种制备镍离子掺杂三氧化钨光催化剂的方法及其产品与应用，包括以下步骤：1)将钨酸盐与强酸溶液进行混合，进行搅拌反应，接着离心、洗涤，得到的沉淀，将沉淀进行干燥后，进行煅烧，得到三氧化钨；2)将三氧化钨加入到弱碱溶液中，超声分散和搅拌，得到分散液；向分散液中加入镍盐，继续进行搅拌反应，反应结束，进行离心洗涤，得到镍离子掺杂三氧化钨催化剂。本发明的镍离子掺杂三氧化钨光催化剂主要由镍离子掺杂在含有丰富缺陷以及非晶态结构的三氧化钨表面，利用缺陷和高价镍离子的两者协同作用，使得其活性位点明显增多，同时氧空位等缺陷作为电子接受体，可以提高光生电子和空穴的分离效率，从而提高光催化剂的光催化性能。

技术领域

本发明属于光催化材料技术领域，具体涉及一种制备镍离子掺杂三氧化钨光催化剂的方法及其产品与应用。

背景技术

随着工业革命的兴起、工业化以及人类社会的繁荣发展，化石燃料作为人类经济发展的主要能源，在全球持续增长的能源需求下，面临着枯竭的危机。另一方面，化石燃料的燃烧和人类活动，引发一系列环境问题，例如，全球变暖、冰川融化、土地沙漠化等。因此，将通过高效环保的技术转化成可利用的资源，光催化分解水是解决能源问题和环境问题的一种非常有前景的手段，也是在能源领域中具有挑战性的研究方向。

光催化技术是指催化剂在光照条件下将光能转化为化学反应所需要的能量，进而产生催化作用，是一种新型高效节能环保技术。其中用太阳能光催化分解水，最受关注。从Inoue等人的开创性工作以来，已有许多研究致力于半导体的光催化分解水，例如TiO₂。但是由于TiO₂禁带宽度大(约为3.2eV)，只能利用太阳光中约4％的紫外光能量，限制了其在光催化领域的应用。

三氧化钨作为一种可见光半导体催化剂，因其无毒、价廉、稳定性高等优点在光催化领域引起了广泛的关注。尽管三氧化钨有较好的可见光吸收特性，但由于其比表面积小、能带结构窄、光生空穴和电子易于复合等缺陷，导致实际的量子效率不高、光催化活性不高。因此，目前有许多研究采用了大量的方法包括贵金属沉积、半导体复合、金属离子和非金属离子掺杂等对三氧化钨进行改性，然而效果仍不够理想。因此，开发制备简单、价格低廉、催化活性高的可见光催化剂仍是重要的研究方向。

发明内容

本发明的目的是提供一种光吸收范围宽、光生电子-空穴对分离效率高、光催化活性高的制备镍离子掺杂三氧化钨光催化剂的方法及其产品与应用。

本发明这种制备镍离子掺杂三氧化钨光催化剂的方法，包括以下步骤：

1)将钨酸盐与强酸溶液进行混合，并进行搅拌反应，反应完毕后，进行离心、洗涤，得到的沉淀，将沉淀进行干燥后，进一步进行煅烧，得到三氧化钨；

2)将步骤1)中的三氧化钨加入到弱碱溶液中，超声分散，并进行搅拌，得到分散液；向分散液中加入镍盐，继续进行搅拌反应，反应结束，进行离心洗涤，得到镍离子掺杂三氧化钨催化剂。

所述步骤1)中，钨酸盐为Na₂WO₄·2H₂O，强酸为硝酸，强酸的浓度为4～5M，钨酸盐在强酸溶液中的浓度为2～3mg/mL。

所述步骤1)中，搅拌反应时间为24～48h；洗涤是采用去离子水洗涤至中性；干燥温度为50～70℃，干燥时间为10～14h；煅烧温度为400～600℃，煅烧升温速率为4～6℃/min，煅烧时间为1～3h。

所述步骤2)中，弱碱溶液为氨水溶液，弱碱溶液的浓度为0.005～0.05mmol/L；三氧化钨在弱碱溶液中的浓度为3～4mg/mL；搅拌时间为1～3h，搅拌温度为40～60℃。

所述步骤2)中，镍盐为硝酸镍，镍盐在分散液中的浓度为0.005～0.08mol/L，继续搅拌反应时间为6～12h，继续搅拌反应温度为40～60℃。

根据上述的制备方法制备得到镍离子掺杂三氧化钨催化剂。