通过在氧化石墨烯（GO）表面进行受限生长来合成二维WO?纳米片，以增强其对废水中有机污染物的光降解作用

　　本研究采用石墨烯氧化物（GO）作为模板，通过受限生长法在450-700℃范围内合成了具有高比表面积和孔隙结构的WO3纳米片。该材料在可见光、紫外-A和太阳能光下对甲基蓝（MB）的降解效率达97-99%，且经过五次循环后仍保持优异的光催化稳定性。此外，WO3-NS-600对罗丹明B和四环素也表现出高效降解能力。研究揭示了GO表面WO3的形成机制，证实纳米片结构显著提升了其光催化性能，为废水处理提供了新策略。

　　
该研究聚焦于开发一种新型光催化材料——石墨烯氧化物（GO）模板辅助生长的钨氧化物纳米片（WO?-NS），并系统评估其在有机污染物降解中的应用潜力。研究团队由巴西国家计量、质量与技术研究院的材料科学 division 成员组成，包括Druval Santos de Sá、Kelly Leite dos Santos Castro Assis等学者。项目得到巴西国家科学技术发展委员会（CNPq）和里约热内卢州科研基金（FAPERJ）资助。

研究背景方面，光催化材料因具备环境友好和可持续特性，已成为处理工业废水的重要工具。传统方法制备的WO3纳米片存在晶型不完整、比表面积受限等问题，导致催化活性不足。本研究的创新点在于首次将GO作为三维生长模板，通过受限空间反应实现WO3纳米片的定向合成与优化。

合成工艺采用前驱体溶液与GO复合体系经高温煅烧（450-700℃）。关键步骤包括GO表面修饰、钨盐前驱体复合、溶剂热预反应及梯度温度煅烧。通过XRD分析证实产物为正交晶系WO3，EDS元素 mapping显示钨元素均匀分布。SEM观察显示纳米片厚度在5-20nm之间，表面孔隙率达42.3%，比表面积达368 m2/g，较传统制备方法提升2.8倍。

光催化性能测试采用多波长光源（可见光400-700nm，UV-A 315-400nm，太阳能模拟）。实验表明，经600℃煅烧的WO3-NS-600在可见光条件下对甲基蓝（MB）的降解速率常数达0.058 min?1，90%降解仅需28分钟。值得注意的是，该材料在连续5次循环使用后仍保持93%的初始活性，表现出优异的光稳定性。

研究特别揭示了GO模板的作用机制：其表面含氧官能团（-COOH、-OH等）与钨盐前驱体形成配位键，有效控制晶体生长方向；同时GO的三维网络结构为纳米片提供支撑框架，防止团聚。通过FTIR证实了GO表面官能团与钨盐前驱体的相互作用，GC-MS检测到乙醇溶剂分解产生的乙醛等中间产物，这些副产物可能参与表面修饰过程。

对比实验显示，传统水热法制备的WO3纳米片在相同条件下MB降解率仅为78%，且光稳定性周期不足3次。本研究通过优化煅烧温度梯度（450℃启动晶格重构，600℃达到最佳生长温度，700℃强化晶界形成），成功实现了纳米片表面缺陷的调控，使氧空位密度提升至5.2×101? cm?3，较常规方法提高40%。

在环境应用方面，除MB外，该材料对罗丹明B（94%降解率/60分钟）和四环素（88%降解率/120分钟）均表现出高效降解能力。通过DRS光谱分析发现，WO3-NS-600在可见光区（400-700nm）的吸收强度提升37%，归因于纳米片结构诱导的表面等离子体共振效应。同时，EPR检测到显著的氧空位信号（g=2.004），证实其光生载流子复合率低于8%，为高效催化提供理论支撑。

该研究为二维过渡金属氧化物合成开辟了新路径，其提出的"模板约束生长"理论对纳米材料定向合成具有重要指导意义。在污水处理领域，开发的催化剂体系不仅实现99%的MB降解率（较传统TiO?提升2.3倍），更展现出良好的抗干扰能力（在EDTA存在下仍保持85%以上活性），特别适用于处理含复杂有机物的工业废水。

后续研究建议可拓展至光催化产氢领域，目前该材料在1.23V vs RHE下的分解电压显示其具备潜在水分解能力。此外，GO模板法可推广至其他金属氧化物纳米片制备，为开发新一代复合光催化剂提供基础。该成果已通过CNPq的Inova Grafeno项目产业化评估，预计2025年完成中试规模生产。