本發明涉及(ji)一種(zhong)三氧化(hua)鎢(wu)(wu)納米(mi)片(pian)，具(ju)體涉及(ji)一種(zhong)高性能三氧化(hua)鎢(wu)(wu)納米(mi)片(pian)及(ji)其(qi)制備(bei)方法，以及(ji)在光電催(cui)(cui)化(hua)甘油氧化(hua)中的應用(yong)，屬于(yu)光電催(cui)(cui)化(hua)。

背景技術：

1、大量化(hua)(hua)(hua)石能(neng)(neng)源燃燒所帶來的(de)(de)能(neng)(neng)源短缺問題日益突出。一(yi)方面需大力開發風能(neng)(neng)、太陽能(neng)(neng)等綠色可再生(sheng)(sheng)能(neng)(neng)源，另一(yi)方面則要對作(zuo)為自然(ran)界中(zhong)唯一(yi)可重(zhong)復利(li)用(yong)的(de)(de)有機碳源——生(sheng)(sheng)物質(如甘油(you))，進(jin)行(xing)轉化(hua)(hua)(hua)和再利(li)用(yong)。然(ran)而作(zuo)為一(yi)種三(san)羥基化(hua)(hua)(hua)合物的(de)(de)甘油(you)，其伯、仲羥基易被氧(yang)化(hua)(hua)(hua)，但c-c鍵可控斷裂難度極高(gao)，使用(yong)傳統(tong)熱催(cui)化(hua)(hua)(hua)對其進(jin)行(xing)轉化(hua)(hua)(hua)的(de)(de)經濟效益并(bing)不(bu)理想。光(guang)(guang)電催(cui)化(hua)(hua)(hua)結(jie)合了光(guang)(guang)催(cui)化(hua)(hua)(hua)和電催(cui)化(hua)(hua)(hua)的(de)(de)優勢，實現了能(neng)(neng)源的(de)(de)雙重(zhong)轉化(hua)(hua)(hua)，提(ti)高(gao)了能(neng)(neng)源利(li)用(yong)效率(lv)，對于進(jin)一(yi)步向低碳能(neng)(neng)源轉型(xing)具有重(zhong)要意義。

2、光電(dian)催化(hua)甘(gan)油(you)選擇性(xing)轉化(hua)技術的(de)(de)實(shi)現(xian)依賴于高(gao)效(xiao)光電(dian)陽(yang)(yang)極的(de)(de)設計和開(kai)發。常見(jian)的(de)(de)光電(dian)陽(yang)(yang)極有wo3、tio2、bivo4、fe2o3、bi2o3等n型半導體材(cai)料(liao)(liao)。其中wo3基光陽(yang)(yang)極材(cai)料(liao)(liao)在(zai)酸性(xing)環境(jing)下具有優(you)異(yi)的(de)(de)性(xing)能，科研人(ren)員對其展開(kai)廣泛的(de)(de)研究。為了提高(gao)載流子分離效(xiao)率(lv)，常常將其與多種半導體結合(he)為異(yi)質(zhi)結，再負載助催化(hua)劑，此方法操作步驟(zou)較多，合(he)成工(gong)藝復(fu)雜，難以批量化(hua)生產(chan)，并且生產(chan)成本較高(gao)，經濟效(xiao)益并不(bu)理想，從而限制了光電(dian)催化(hua)甘(gan)油(you)轉化(hua)技術應用的(de)(de)發展。

3、同(tong)時在純三氧(yang)化鎢負載助催(cui)化劑的方法常為(wei)滴涂(tu)、旋(xuan)涂(tu)、電化學沉積等，助催(cui)化劑與電極(ji)接觸電阻較大，容(rong)易形成載流子復合中心，降低(di)能量利用效率。因此，急(ji)需(xu)開發一種簡便、低(di)成本、可批量合成的高(gao)性能三氧(yang)化鎢光陽極(ji)的制備(bei)策略。

技術實現思路

1、本(ben)發明的主(zhu)要目的在于(yu)提供一種高性能三氧化(hua)鎢納米片及其制(zhi)備(bei)方法(fa)，以(yi)克服現有技(ji)術(shu)中的不足(zu)。

2、本發(fa)明的另一(yi)個目的在于提供(gong)所(suo)述(shu)高性能三(san)氧化(hua)(hua)(hua)鎢納米片在光電(dian)催化(hua)(hua)(hua)甘油氧化(hua)(hua)(hua)中的應(ying)用(yong)。

3、為實現上述發明目的，本發明采用了如下技術(shu)方案：

4、本發明(ming)實(shi)施例(li)提供了(le)一種高性能三(san)氧化(hua)鎢(wu)納米片的(de)制備方(fang)法(fa)，其包括：

5、使偏鎢酸鹽、酸、過氧化氫和檸(ning)檬酸均勻混(hun)合，形成前驅體溶液；

6、使所(suo)述(shu)前驅(qu)體溶液進(jin)行(xing)(xing)反(fan)應，之后(hou)對(dui)反(fan)應所(suo)獲產物進(jin)行(xing)(xing)煅燒，制(zhi)得高性(xing)能三氧化(hua)鎢納米(mi)片。

7、本發(fa)明實施例還提供了(le)由(you)前述(shu)制備方(fang)法制得的高(gao)性能(neng)三氧化鎢納米片，所述(shu)高(gao)性能(neng)三氧化鎢納米片具有(you)陣(zhen)列結(jie)構。

8、進一(yi)步地，本發明實施例還提供了一(yi)種高性(xing)能三氧化鎢光陽極，其包括：基底，以及(ji)形成于基底上的前述的高性(xing)能三氧化鎢納米片。

9、本(ben)發(fa)明(ming)實施例還提供了(le)前述(shu)的高(gao)性能三氧(yang)化鎢納米片或高(gao)性能三氧(yang)化鎢光(guang)陽極于光(guang)電催化甘油氧(yang)化中的應用(yong)。

10、相應(ying)(ying)的(de)，本(ben)發(fa)明實施例還提(ti)供了一種光(guang)電(dian)催化甘(gan)油氧(yang)化的(de)方法，其包括：使前(qian)述高性(xing)能三氧(yang)化鎢光(guang)陽(yang)極與包含甘(gan)油的(de)電(dian)解質溶(rong)液充分接觸(chu)，之(zhi)后在光(guang)照、施加電(dian)壓的(de)條件下，進行光(guang)電(dian)化學氧(yang)化反應(ying)(ying)，制得甘(gan)油醛。

11、較之現有(you)技(ji)術，本發明所獲得的有(you)益技(ji)術效果在于：

12、1)本(ben)發明(ming)提供的(de)(de)制備方法通過(guo)(guo)一(yi)步水熱法得到檸檬酸輔助合(he)成(cheng)三氧化鎢(wu)納米片光陽極，整個制備過(guo)(guo)程工藝簡(jian)單、條件可(ke)控、成(cheng)本(ben)低(di)，可(ke)實(shi)現(xian)材料的(de)(de)大(da)批量合(he)成(cheng)，合(he)成(cheng)過(guo)(guo)程中不使用過(guo)(guo)多強酸并(bing)且(qie)減少操作步驟，合(he)成(cheng)的(de)(de)光電陽極比純三氧化鎢(wu)具有更高載流子分離(li)效(xiao)率；

13、2)本發明提供的(de)(de)檸檬酸輔助(zhu)合(he)成三氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)鎢(wu)納米片光(guang)陽極(ji)具有(you)較(jiao)強(qiang)的(de)(de)光(guang)吸(xi)收能力與載流(liu)子(zi)分(fen)離效率，與純(chun)三氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)鎢(wu)相比(bi)其(qi)(qi)在0.5至1.4v電(dian)(dian)位(wei)窗口內表現出更高的(de)(de)光(guang)電(dian)(dian)流(liu)密度(du)，光(guang)電(dian)(dian)流(liu)提升(sheng)約(yue)為50％。同(tong)時也產(chan)生(sheng)較(jiao)好的(de)(de)光(guang)電(dian)(dian)催化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)甘(gan)油氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)性(xing)能，其(qi)(qi)在甘(gan)油氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)反應中(zhong)通常顯示出甘(gan)油醛及c3產(chan)物的(de)(de)高選擇(ze)性(xing)。除此(ci)以(yi)外，相比(bi)于其(qi)(qi)金屬(shu)助(zhu)催化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)劑，檸檬酸輔助(zhu)合(he)成三氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)鎢(wu)納米片光(guang)陽極(ji)甘(gan)油氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)反應中(zhong)的(de)(de)過電(dian)(dian)勢較(jiao)低，只(zhi)需要較(jiao)低的(de)(de)能量輸入(ru)便能驅動甘(gan)油氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)反應的(de)(de)發生(sheng)。

技術特征：

1.一種高性能三氧化(hua)鎢納(na)米片的制備方法，其特(te)征(zheng)在于，包括：

2.根據權利要(yao)求1所述的制備方(fang)法，其特征在于(yu)，包括：將偏(pian)鎢(wu)酸鹽溶于(yu)水中攪(jiao)拌混(hun)合(he)，之(zhi)后依次加入酸、過氧化氫和檸(ning)檬酸，攪(jiao)拌均勻，獲得前驅(qu)體溶液。

3.根據權利要求1或(huo)2所(suo)述的制備方法，其特征在于(yu)：所(suo)述偏(pian)鎢(wu)(wu)酸(suan)(suan)鹽(yan)包括(kuo)偏(pian)鎢(wu)(wu)酸(suan)(suan)銨；和(he)/或(huo)，所(suo)述酸(suan)(suan)包括(kuo)濃鹽(yan)酸(suan)(suan)；和(he)/或(huo)，所(suo)述偏(pian)鎢(wu)(wu)酸(suan)(suan)鹽(yan)、酸(suan)(suan)、過氧化氫(qing)和(he)檸檬酸(suan)(suan)的質量比(bi)為0.6：0.2：0.1：0.1-0.8：0.05：0.05：0.05。

4.根(gen)據權利要求1所述(shu)的制備方法(fa)，其特征在于，包(bao)括：將(jiang)基底至(zhi)于反(fan)應(ying)(ying)腔室內(nei)，使所述(shu)前驅體(ti)溶液于90-200℃反(fan)應(ying)(ying)2-24h，于基底表面形成反(fan)應(ying)(ying)產(chan)物，并干(gan)燥。

5.根據(ju)權利要求1所述的(de)制備(bei)方法，其特征在(zai)于，包括：以2-10℃min-1的(de)升溫(wen)速率將反應(ying)所獲產(chan)物升溫(wen)至400-600℃，進行(xing)煅燒1-3h。

6.由權利要求1-5中任一項所(suo)述的(de)制(zhi)(zhi)備方法(fa)制(zhi)(zhi)得的(de)高性(xing)能(neng)三氧(yang)化(hua)(hua)鎢納米(mi)片，所(suo)述高性(xing)能(neng)三氧(yang)化(hua)(hua)鎢納米(mi)片具(ju)有陣(zhen)列結構；優選的(de)，所(suo)述高性(xing)能(neng)三氧(yang)化(hua)(hua)鎢納米(mi)片的(de)尺寸為500-800nm。

7.一(yi)種(zhong)高(gao)性(xing)能(neng)三(san)氧(yang)化鎢光陽極，其特(te)征在于，包括(kuo)：基(ji)底，以及形成于基(ji)底上的(de)權利要求6所述的(de)高(gao)性(xing)能(neng)三(san)氧(yang)化鎢納米片。

8.權(quan)利要求6所(suo)述的高(gao)性能三(san)氧(yang)化(hua)鎢納米片或權(quan)利要求7所(suo)述的高(gao)性能三(san)氧(yang)化(hua)鎢光陽極于光電催化(hua)甘油氧(yang)化(hua)中的應用。

9.一種光(guang)電(dian)催化甘油(you)氧(yang)化的(de)(de)方法，其特征在于，包(bao)括：使權(quan)利(li)要求7所述高性能(neng)三氧(yang)化鎢光(guang)陽(yang)極(ji)與包(bao)含(han)甘油(you)的(de)(de)電(dian)解質溶液(ye)充分接觸(chu)，之(zhi)后在光(guang)照、施加(jia)電(dian)壓的(de)(de)條(tiao)件下，進行光(guang)電(dian)化學(xue)氧(yang)化反應，制得甘油(you)醛。

10.根據權利要(yao)求9所述(shu)的(de)方法，其特征在于：所述(shu)電解質(zhi)溶液中甘油的(de)濃度(du)(du)為(wei)5mm-3m；和/或(huo)，所述(shu)光(guang)照(zhao)的(de)功率為(wei)50-300mw?cm-2；和/或(huo)，所述(shu)電壓的(de)范圍0-1.5v；和/或(huo)，所述(shu)光(guang)電化學氧化反應的(de)溫度(du)(du)為(wei)室溫，時間為(wei)1-8h。

技術總結
本發明公開了一種高性能三氧化鎢納米片、其制備方法及在光電催化甘油氧化中的應用。所述高性能三氧化鎢納米片的制備方法包括：使偏鎢酸鹽、酸、過氧化氫和檸檬酸均勻混合，形成前驅體溶液；使所述前驅體溶液進行反應，之后對反應所獲產物進行煅燒，制得高性能三氧化鎢納米片。本發明還制備了一種高性能三氧化鎢納米片光陽極。本發明通過一步水熱法得到檸檬酸輔助合成三氧化鎢納米片光陽極，整個制備過程工藝簡單、條件可控、成本低，可實現材料的大批量合成，合成的光電陽極比純三氧化鎢具有較強的光吸收能力與載流子分離效率，同時也產生較好的光電催化甘油氧化性能，其在甘油氧化反應中通常顯示出甘油醛及C<subgt;3</subgt;產物的高選擇性。

技術研發人員：劉東,朱仕鵬
受保護的技術使用者：中國科學技術大學蘇州高等研究院
技術研發日：
技術公布日：2024/9/19