量子点辅助合成二硫化钼的方法与流程

本发明涉及一种光催化剂的制备方法。

背景技术：

范德华晶体是一类具有层状结构的材料，包括石墨烯，金属氧化物，硫族化合物和磷酸盐等，它们不同的化学组成和晶体结构导致了不同的性能，比如说其中既有导体又有绝缘体。虽然各材料存在差异，但是这些材料都展现了一个共同的特点——大的范德华层间距和弱的相互作用力。范德华晶体的层间距在几纳米左右，提供一定的反应条件，可以克服其层间弱的相互作用力可逆的将某些功能分子、离子和原子等插入其层间空隙，形成类似于层柱状结构。其中石墨烯作为最受关注的范德华材料，已被广泛应用于铅笔芯，电动机电极和干润滑剂等行业。另一种非常典型的二维范德华半导体——过渡金属二硫族化合物(TMDs)。该类化合物分子式一般为MX₂(其中M＝Mo，W，Nb，Ta，Ti；X＝S，Se，Te)。过渡金属二硫族化合物在空气中稳定存在，与它们自身的块体材料电子结构完全不同。以MoSe₂为例，二维的MoSe₂纳米片具有原子层级的厚度、较大的带隙宽度、高的载流子活性以及丰富的表面悬挂键等特点。不同于石墨烯材料的天然零带隙的特点，过渡金属二硫族化合物天然存在带隙使得该材料能被广泛应用于半导体行业，被誉为继硅材料之后又一革命性电子器件材料，能够延续电子器件发展的摩尔定律。

纳米级的过渡金属二硫族化合物(TMDs)与其块体材料相比变现为电子结构不同，包括：(1)增加共价键的态密度(2)缩短光生电子—空穴对的扩散长度。而且，性能也有很大的改变，包括(1)具有良好的光催化性能(2)具有有效的氧化还原反应催化性能。另外,还可以通过调整化学组成或结构获得一些特殊性能，具有多领域的应用前景。二硫化钼(MoS₂)是一种非常典型的过渡金属二硫族化合物，但是块体二硫化钼由于其导电性差，禁带宽度大等缺陷。限制了其广泛应用。

为了提高二硫化钼的导电性，缩短禁带宽度，除了向着合成单层超薄的二硫化钼纳米片的方向努力外，还可以通过改变相变等方法进行。超薄二维片层材料由于其特殊的结构，具备了史无前例的物理，化学，电学和光学性能，在诸多领域有着潜在的应用价值，例如电极材料、光电材料、传感器、催化剂、水处理材料和生物药剂等。这也预示着二硫化钼的应用前景广阔。

二硫化钼作为一种最为典型的过渡金属二硫族化合物，具有独特的片层结构和能带结构，在场效应半导体、光致发光器件、染料敏化太阳能电池、超级电容器、锂离子电池、电催化分解制氢等诸多领域具有潜在的应用前景。针对二硫化钼本征的导电性差、带隙结构宽、片层易堆积等问题，常见的方法是和导电性良好的材料进行复合，合成单层或几层的超薄纳米片层以及在片层中嵌入不同的原子等方法。

在21世纪的社会，能源与环境问题已经成为世界关注的主题，如何减少污染，保护生态平衡，解决环保问题，已经引起各政府决策部门和学术研究部门的高度重视。当今时代，我们在大力发展社会生产力，提高生活水平的同时，对环境也造成了严重的破坏，严重威胁着我们的生存。现如今，水和空气作为人类最宝贵的资源已日益受到重视。特别是随着工业进程的加快，水和空气中被排放了大量的废水、废气，其中含有大量的有毒有机化合物会在人体内富集，给人类的健康带来巨大的威胁。而且在这些化合物中，有部分化合物用平常的处理方法很难将其降解。我国学者金奇庭等人通过研究观察发现：很多的有机化合物能使厌氧微生物产生明显的毒害作用。由实验结果可以看出，这些有机化合物必须通过一些其他的非生物的降解技术来除去。在我们的日常生活中，有大量的挥发性有机化合物(volatile organic compound，VOC)被排放到我们生活的环境中，不仅对环境造成了严重的破坏，而且使人类自己的健康乃至生命受到严重的威胁，例如，各种各样的石油化工产品及会产生有毒气体的室内外装饰品、日常生活用品，特别是室内装饰经常使用的建筑材料像油漆、涂料等，这些化合物对环境造成严重的污染，对人类的健康造成严重的威害。因此，开发一种简便有效的方法来治理水体污染和大气污染是人类社会一个急需解决的问题。虽然目前已经有许多治理手段，但是光催化处理有机污染物的技术由于其价廉，无毒，节能，高效的优势逐渐成为各界人士研究的重点，光催化的研发也一跃成为当前国际热门研究领域之一。

甲基橙染料是一种常见的有机污染物，无挥发性，且具有相当高的抗直接光分解和氧化的能力；其浓度可采用分光光度法测定，方法简便，常被用做光催化反应的模型反应物。它属于偶氮染料，这类染料是染料各类中最多的一种，约占全部染料的50％左右。根据已有实验分析，甲基橙是较难降解的有机物，因而以它作为研究对象有代表性。

技术实现要素：

本发明是要解决挥发性有机化合物(VOC)不仅对环境造成了严重的破坏，而且使人类自己的健康乃至生命受到严重的威胁的技术问题，提供了一种量子点辅助合成二硫化钼的方法。

量子点辅助合成二硫化钼的方法按照以下步骤进行：

一、水热合成硅量子点：

将0.040g-0.060g的抗坏血酸钠溶解在10ml的去离子水中放置20min，得混合液，将1.25ml的混合液溶于1ml三甲氧基甲硅烷中，加入去离子水配成浓度为20g/l的溶液，并将溶液倒入水热反应釜中加热到200℃反应24h，得到硅量子点；

二、硅量子点辅助合成二硫化钼：

将5mmol-7mmol钼酸铵和17mmol-19mmol硫脲溶于20ml去离子水中，加入0.025mmol纯化的硅量子点，然后将混合后的混合物倒入水热反应釜中，在150℃的条件下反应12h，自然冷却，收集黑色沉积物，用乙醇和去离子水洗涤，再在60℃的烘箱中烘干，得到二硫化钼。

本发明硅量子点和二硫化钼构建了一种新型的混合结构，由于量子点属于半导体材料，和二硫化钼的复合能起到协同作用，改善了二硫化钼的能级结构，其光谱吸收特性也有了极大的改变。全谱吸收达到了95％，能有效的吸收太阳能。本发明的硅量子点和二硫化钼混合结构对甲基橙有机染料的降解速率大大提高。在可见光下，相比现有的最快的降解时间150min，本发明硅量子点和二硫化钼结构的降解时间可达90min。

附图说明

图1是实验一中量子点辅助合成的二硫化钼的结构示意图；

图2是实验一中量子点辅助合成的二硫化钼的电镜照片。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式量子点辅助合成二硫化钼的方法按照以下步骤进行：

一、水热合成硅量子点：

将0.040g-0.060g的抗坏血酸钠溶解在10ml的去离子水中放置20min，得混合液，将1.25ml的混合液溶于1ml三甲氧基甲硅烷中，加入去离子水配成浓度为20g/l的溶液，并将溶液倒入水热反应釜中加热到200℃反应24h，得到硅量子点；

二、硅量子点辅助合成二硫化钼：

将5mmol-7mmol钼酸铵和17mmol-19mmol硫脲溶于20ml去离子水中，加入0.025mmol纯化的硅量子点，然后将混合后的混合物倒入水热反应釜中，在150℃的条件下反应12h，自然冷却，收集黑色沉积物，用乙醇和去离子水洗涤，再在60℃的烘箱中烘干，得到二硫化钼。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中将0.0594g的抗坏血酸钠溶解在10ml的去离子水中放置20min。其他与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是步骤二中将5mmol钼酸铵和17mmol硫脲溶于20ml去离子水中。其他与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是步骤二中将5.5mmol钼酸铵和17.5mmol硫脲溶于20ml去离子水中。其他与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是步骤二中将6mmol钼酸铵和18mmol硫脲溶于20ml去离子水中。其他与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是步骤二中将6.5mmol钼酸铵和18.5mmol硫脲溶于20ml去离子水中。其他与具体实施方式一至五之一相同。

具体实施方式七：具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是步骤二中将7mmol钼酸铵和19mmol硫脲溶于20ml去离子水中。其他与具体实施方式一至六之一相同。

采用下述实验验证本发明效果：

实验一：

量子点辅助合成二硫化钼的方法按照以下步骤进行：

一、水热合成硅量子点：

将0.0594g的抗坏血酸钠溶解在10ml的去离子水中放置20min，得混合液，将1.25ml的混合液溶于1ml三甲氧基甲硅烷中，加入去离子水配成浓度为20g/l的溶液，并将溶液倒入水热反应釜中加热到200℃反应多久？，得到硅量子点；

二、硅量子点辅助合成二硫化钼：

将6mmol钼酸铵和18mmol硫脲溶于20ml去离子水中，加入0.025mmol纯化的硅量子点，然后将混合后的混合物倒入水热反应釜中，在150℃的条件下反应12h，自然冷却，收集黑色沉积物，用乙醇和去离子水洗涤，再在60℃的烘箱中烘干，得到二硫化钼。

光催化降解甲基橙实验：

配制10mg/l的甲基橙溶液，称量0.025g的二硫化钼倒入甲基橙混合溶液中。首先在暗处建立吸脱附平衡5min，然后变换不同波长的氙灯光源(250-2500nm)催化反应，分别在可见光(400-760nm)以及紫外光(250-400nm)以及全光谱下催化降解甲基橙。

(1)在紫外光下，进行上述催化反应，40min完全降解成无色的无机物。

(2)在可见光下，进行上述催化反应，90min完全降解成无色的无机物。

(3)在全光谱下，进行上述催化反应，30min完全降解成无色的无机物。

从图2的电镜照片中可以看出根据晶格之间的间距确定合成的二硫化钼既有二硫化钼(0.942nm)也含有Si量子点(0.30nm)。