一种制氢用TiO2/MoS2/Au/Cu复合物光催化剂的制备方法与流程

本发明涉及一种TiO₂/MoS₂/Au/Cu复合物光催化剂制氢的制备方法，具体属于光催化剂技术领域。

背景技术：

在环境中，由于自然资源的紧缺，特别是燃料的紧缺，其他燃料的使用产生了大量有害气体和废物，给人类健康和环境带来了很大程度的危害，而氢气能产生大量的能量，其产物是水，对环境和人类没有危害，因此，建立有效的燃料产物资源起着重要的作用。

光催化技术能产生的大量的热能的产物,而且具有能耗低、二次污染少、反应条件适中和催化剂具有可重复利用的优点，所以光催化技术成为当前环境技术研究的热点，其中，二氧化钛可被用作光催化剂。层状纳米MoS₂的宽带度为1.80eV左右，在可见光下具有光催化活性，同时MoS₂在纳米结构时有较大的比表面积，从而增强了MoS₂的光催化活性。所以，MoS₂被广泛用于加氢脱硫，光解水制氢与光催化降解有机物等催化反应。以利用太阳能和废水处理为背景，提高二氧化钛在可见光的光催化活性作为目标，我们制备了TiO₂/MoS₂/Au/Cu纳米片复合物。利用在可见光下制取氢气，观察该复合材料对光催化活性的影响，二硫化钼的制备工艺可分为天然浸出法和化学合成法。

二硫化钼（MoS₂）是辉钼矿的主要成分，是一种具有金属光泽的黑灰色固体粉末，性质稳定，不溶于水、稀酸和浓硫酸，一般不溶于其他酸、碱、有机溶剂中，二硫化钼和石墨相类似，属于六方晶系，MoS₂的晶体有三种晶体结构：2H形、1T形、3R形，其中2H- MoS2是在常态下存在的，1T- MoS₂与3R- MoS₂属于亚稳定态，天然2H- MoS2是中典型的层状结构材料，二硫化钼被广泛应用在润滑剂、加氢脱氮、加氢脱硫、电储氢与催化剂等领域应用。

二氧化钛由于能级差较小，在可见光的照射下可以产生电子跃迁现象。本发明制备的一种TiO₂/MoS₂/Au/Cu纳米片复合物拥有很多的优点，较其他催化物，二硫化钼有高导电性能和光催化性能。其在光催化领域拥有较好的应用前景，且二氧化钛的光催化性能较强，金和铜的光催化性能也较强，所以此催化剂的光催化性能得到了极大的提升。

技术实现要素：

本发明提供一种TiO₂/MoS₂/Au/Cu纳米片复合物光催化剂的制备方法，所述的光催化剂由二氧化钛纳米片、二水合钼酸钠和硫代乙酰胺经水热法及金铜冷凝回流法制得，制备步骤如下：

（1）合成二氧化钛纳米片

量取20ml的四异丙氧基钛于烧杯中，再往里面加入3ml的HF，然在200度下反应24h，反应产物自然冷却至室温后进行过滤，所得滤饼用去离子水洗涤两次，离心，再用0.5mol/l的NaOH洗涤，接着用去离子水洗涤，直到产物的PH值到7±0.5，最后将产物在80度的真空干燥相中干燥24h，得到二氧化钛纳米片。

（2）合成TiO₂/MoS₂纳米片

称取70mg二水合钼酸钠与140mg硫代乙酰胺加入盛有20ml去离子水的烧杯中，再称取20mg的二氧化钛纳米片加入其中，在220度的温度下反应24h，然后自然冷却至室温进行过滤，所得滤饼分别用去离子水和无水乙醇洗涤3次，最后将产物放入80度的真空干燥箱中干燥24h，得到TiO₂/MoS₂纳米片。

（3）TiO₂/MoS₂/Au/Cu复合物光催化剂制备

称取制备好的0.5g的TiO₂/MoS₂纳米片于烧杯中，往里面加入C_Au=0.00049g/l的氯金酸10.204ml，再用0.2mol/l的NaOH调节PH到8.5±0.5，然后在75度油浴锅中冷凝回流5h，待产物自然冷却后至室温进行过滤，所得滤饼分别用去离子水和无水乙醇各洗涤3次，在80度真空干燥箱中干燥48h，最后将其在400度的管式炉中，在氮气环境中煅烧2h，待煅烧产物冷却至室温后，向其中加入C_Cu=0.0002630215g/l的硝酸铜9.505ml，再用0.2mol/l的NaOH调节PH到8.5±0.5，然后在75度油浴锅中冷凝回流5h，待产物自然冷却至室温后进行过滤，所得滤饼用去离子水和无水乙醇各洗涤3次，在80度真空干燥箱中干燥48h，最后将其在400度的管式炉中，在氢气环境中煅烧2h，得到TiO₂/MoS₂/Au/Cu复合物光催化剂。

本发明的有益效果：

1、TiO₂/MoS₂/Au/Cu纳米片复合物具有较强的光催化性能，制氢效果高比，可以在可光条件下制取大量的氢气，制氢效果为1362.40403μmol•h-1•g-1，比单体的二硫化钼和二氧化钛效果好。

2、TiO₂/MoS₂/Au/Cu纳米片催化剂无毒，是一种广泛的催化剂，被大量使用于各行各业中，催化剂本身拥有很好的环保性能，能降解某些有机污染物，对于使用者和环境都不会产生新的污染。

3、TiO₂/MoS₂/Au/Cu催化剂是一种新的复合物，在本产品生产之前没有人制备

4﹑TiO₂/MoS₂/Au/Cu催化剂较齐中，王熙，李来胜的基于水热法制备的TiO₂/MoS₂复合光催化剂及其光催化制氢活性的催化剂90%重复利用效率高，TiO₂/MoS₂/Au/Cu催化剂能达到100%。

5﹑较朱晓泉的MoS₂/TiO₂的水热溶剂热合成及其性能研究，TiO₂/MoS₂/Au/Cu催化剂实验操作简便。

附图说明

图1为本发明TiO₂/MoS₂/Au/Cu复合物光催化性能图；

图2为本发明TiO₂/MoS₂/Au/Cu纳米片复合物电镜图片。

具体实施方式

实施例1

量取20ml的四异丙氧基钛于烧杯中，再往里面加入3ml的HF，然在200度下反应24h，反应产物自然冷却至室温后进行过滤。所得滤饼去离子水洗涤产品两次，离心，再用0.5mol/l的NaOH洗涤，接着用去离子水洗涤，直到产物的PH值到7±0.5。最后将产物在80度的真空干燥相中干燥24h的二氧化钛。本发明光催化剂使用简单方便，易于操作。

实施例2

称取70mg二水合钼酸钠与140mg硫代乙酰胺加入盛有20ml去离子水的烧杯中，再称取20mg的二氧化钛加入其中，在220度的温度下反应24h，然后自然冷却至室温进行过滤，所得滤饼分别用去离子水和无水乙醇洗涤3次，最后将产物放入80度的真空干燥箱中干燥24h，干燥从而得到TiO₂/MoS₂纳米片。

实施例3

称取制备好的0.5g的TiO₂/MoS₂纳米片于烧杯中，往里面加入CAu=0.00049g/l的氯金酸10.204ml，再用0.2mol/l的NaOH调节PH到8.5±0.5，然后在75度油浴锅中冷凝回流5h，待产物自然冷却后至室温进行过滤，所得滤饼分别用去离子水和无水乙醇各洗涤3次，在80度真空干燥箱中干燥48h，最后将其在400度的管式炉中，在氮气环境中煅烧2h，待燃烧产物冷群至室温后，向其中加入C_Cu=0.0002630215g/l的硝酸铜9.505ml，再用0.2mol/l的NaOH调节PH到8.5±0.5，然后在75度油浴锅中冷凝回流5h，待产物自然冷却至室温后进行过滤，所得滤饼用去离子水和无水乙醇各洗涤3次，在80度真空干燥箱中干燥48h，最后将其在400度的管式炉中，在氢气环境中煅烧2h得TiO₂/MoS2/Au/Cu光催化剂。