WO3微晶负载g-C3N4的制备及其光催化性能的研究开题报告

1. 研究目的与意义

随着我国工业化进程不断加快，环境问题和能源问题越来越严峻，人们对环境污染问题日益关注。在各种环境问题中，水污染问题尤其突出。如何预防以及治理水环境污染已成为重大课题。针对水体中持久性有机污染物的处理，传统的生物处理法难以有效的降解。光催化技术作为一种高级氧化方法，在降解有机污染物领域表现出潜在的应用价值，受到人们的关注。光催化技术可以在较为温和的条件下，利用光能将持久性有机物降解甚至矿化，因而在环境污染控制方面有广阔的应用前景。然而，目前常用的光催化剂tio2存在光响应范围窄、光生电荷复合率高等问题，制约了光催化技术的进一步发 展。因此开发具有可见光响应、高光催化效率的新型光催化剂是推动光催化技术发展的关键。

石墨相氮化碳（g-c₃n₄是一种新型非金属光催化材料，合成方法简单，具有特殊的能带结构和较高的物理化学稳定性。g-c₃n₄禁带宽度为2.7ev，能够吸收太阳光中小于460 nm 的可见光和紫外光。导带位于-1.3ev (vs. nhe)，导带电子具有较强的还原能力。但是由于其有机聚合物的特点，电子迁移率低,光生电荷从体相迁移至表面比较困难，使得光生电子空穴复合率大，不利于光催化反应进行。构建异质结是最简单有效的提高光生电荷分离的方式。通过将g-c3n4与其他半导体材料复合形成异质结，从而在界面处形成内建电场，促进g-c3n4光生电子和空穴迁移至不同的半导体，在空间上分离光生电荷，有效避免光生电荷复合，提高光催化效率。

三氧化钨（wo3）是一种常见的光催化材料。禁带宽度较窄（eg=2.5-2.8 ev），能够吸收太阳光中约 12%的光能。wo₃的价带位于3 ev (vs. nhe)，较正的价带位置能产生具有强氧化能力的空穴（h ）。此外wo₃电子迁移率在12 cm² v^-1s^-1左右，远高于tio₂ 的电子迁移率（0.3 cm²v^-1s^-1）。较高的电子迁移能力能够使光生载流子迅速迁移。因此 wo₃ 适合与 g-c₃n₄ 构成异质结，促进光生电荷的分离，提高光催化效率。目前已有将 wo₃ 与 g-c₃n₄ 复合构成异质结光催化剂的报道，但由于构建异质结受到多种因素的影响，包括不同半导体材料之间的接触面积及结合方式，界面处的能带势垒和载流子的迁移方式等，因此构建一个高效的异质结光催化剂依然是个难点。

2. 研究内容和预期目标

对wo3@g-c3n4纳米微晶结构进行研究，并测试wo3@g-c3n4的光催化性能。具体的研究内容如下：

（1）使用简单的热分解法，以尿素为前驱体，制备石墨相氮化碳

（2）分析以钨酸钠为前驱体，不同水热时间下得到的微纳氧化钨形貌差异。

3. 研究的方法与步骤

(1) 称取10g尿素于坩埚中，以 5℃/min的升温速率升温，于350℃马弗炉中煅烧2 h，再以 5℃/min的升温速率升温到550度，并继续保温2小时，之后自然冷却至室温将所得的固体研磨至粉末状，所得的样品即g－c3n4。

(2) 称取2.64g钨酸钠（0.1mol/l）和2.34g氯化钠(0.5mol/l)，置于烧杯中，并加入80ml去离子水，加入2mol/l的盐酸，将溶液ph调整至2。将烧杯中所有物质转移至100ml聚四氟乙烯内衬中，用水热釜盖紧后放入烘箱中，在180摄氏度下，分别加热保温6、8、12、18、24小时。水热后所得固体分别用乙醇和去离子水过滤洗涤3遍，并放置于烘箱中烘干，得到wo3-6、wo3-8、wo3-12、wo3-18、wo3-24样品

(3)取一定比例所制备的氧化钨和氮化碳样品，加入1ml5%peg溶液，并加入50ml水，先混合搅拌2小时，在超声分散1h，之后将悬浊液装入离心管中，分散离心后洗涤三遍收集固体，并将固体材料放置于马弗炉中，在400摄氏度下保温2小时，得到不同比例的wo3/g-c3n4复合材料。

4. 参考文献

[1].huang l , xu h , li y , et al.visible-light-induced wo3/g-c3n4 composites with enhanced photocatalyticactivity[j]. dalton transactions, 2013, 42(24):8606-16.

[2].facile preparation of z-scheme wo 3 /g-c 3 n 4, compositephotocatalyst with enhanced photocatalytic performance under visible light[j].applied surface science, 2017, 391:202-210.

[3]. jiang x , liu x , chen q , et al. preparation and photocatalyticactivity of an inorganic–organic hybrid photocatalystag2wo4/g-c3n4[j]. journal of inorganic and organometallic polymers andmaterials, 2017.

5. 计划与进度安排

2022-2022-1学期17-20周~2022-2022-2学期(1)第1周~第2周（2022-11-12~2022-2-22），查阅资料，制定实验方案，完成开题报告，外文论文翻译；(2)第3周~第6周（2022-2-25~3-22），熟悉材料的制备工艺，合成多种形貌的微晶wo₃，并尝试与氮化碳进行复合，制得wo₃/g-c₃n₄复合材料。

(3)第7周~第11周（2022-3-25~4-26），对材料进行表征，进行光催化降解实验，整理数据，总结前期工作，完成中期答辩前准备工作。

(4)第12周~第14周（2022-4-29~5-17），改善实验方案，比较不同合成条件对材料结构的影响，研究复合材料光催化性能。