一种MoS2/CNTs/C60复合光催化剂及其制备方法与流程

本发明属于纳米光催化材料技术领域。

背景技术：

随着工业化进程的加快，环境污染、生态破坏和气候异常等问题日益严重，积极发展新能源以降低污染物排放显得极为迫切。太阳能，作为一种取之不尽的新型能源，收到世界各国的广泛关注。光催化技术(photocatalytictechnique)以半导体材料为光催化剂，自然光作为激发，通过污染物分子的界面作用实现特殊的催化效应，使周围的氧气及水分子激发成极具氧化力的自由负离子，从而达到降解环境中有害有机物质的目的。该方法不会造成资源浪费与附加污染的形成，可有效利用太阳光作为光源以缓解能源危机，且操作简单，是一种绿色环保的高效处理技术。

mos2作为一种层状共价化合物，结构比较稳定不易被氧化而形成硫酸盐，是一种很有前景的光催化材料。mos2能吸收可见光频率的光子，且其导带和价带的边缘电位稿，非常有利于载流子的分离。不同价态的金属钼的d电子数目各不相同同时它们在d轨道的填充方式也各不相同。我们可通过调节它的维度形成异质结构，因为硫化钼的各向异性和独特的晶格结构，二硫化钼被视为理想的催化剂。遗憾的是，单一相的mos2材料在光催化降解中存在光腐蚀问题，并且其吸收光波长范围仍有待改善，光催化效率也需要进一步提高。因此，需要通过对其进行改性进一步提高其光催化效率及光稳定性。

c60具有独特的电子性能是碳的一个同素异形体。c60的闭壳结构由30个键合分子轨道和60个π电子组成的，这种结构利于电子转移，同时使其可以作为一个优秀的电子受体，有效地引起快速光诱导电荷分离和相对较慢的电荷重组。cnts具有特殊的管状结构和优良的传导性能，使其可以有效地传递光电子，而其在处理有机物污染物和裂解水方面的光催化活性。

碳纳米管(cnts)为管状结构且具有良的传导性，使得cnts可以有效地传递光电子。因此，cnts在处理有机物污染物和裂解水方面有很高的光催化活性。

以上三种材料虽然都具有很高的催化活性但是如何进一步提高材料催化活性，弥补单一材料的不足之处是目前需要解决的重要问题。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明采用共沉淀技术制备mos2/cnts/c60复合光催化剂。mos2/cnts/c60之间形成异质结，提高了光电荷的分离效率，以及cnts/c60的加入有效地提高了光催化的比表面积和光吸收效率，有利于光催化效率的提高。

mos2/cnts/c60复合光催化剂，中mos2所占质量比为3％～9％，cnts与c60质量比为1:1；该复合催化剂为片状形貌，复合结构中以片状mos2为基底，在其表面复合cnts/c60复合物得到；其中，mos2尺寸为200～500nm，厚度为50～80nm，cnts的直径为20nm，长度为8～10μm。

1)水热法制备mos2；

2)cnts/c60复合物的制备：按照质量比1:1称取c60与cnts，将二者按照5mg/ml的比例分散于无水乙醇中，分散均匀后在外加搅拌条件下持续12h，然后置于80～100℃条件下干燥，得到cnts/c60复合物；

3)mos2/cnts/c60复合物的制备：

0.9～2.7:30比例称取水热法制备的mos2和cnts/c60复合物，将二者按照1.5～5mg/ml的比例分散于无水乙醇中，分散均匀后在外加搅拌条件下持续3h，然后置于80～100℃条件下干燥，得到mos2/cnts/c60复合物；

步骤1)中水热法制备mos2的具体步骤如下：

按照质量比为0.37～0.38:1的比例称取钼酸钠和硫脲溶于去离子水中，完全溶解后再超声分散30min以上，得到混合溶液，混合溶液中钼酸钠浓度为0.19～0.20mol/l；将混合溶液转移至反应釜中，充填度为65％，在240℃条件下反应24h后自然冷却至室温；用去离子水和乙醇分别洗涤后，在60℃条件下干燥，得到片状mos2。

附图说明

图1c60和所制备的mos2、mos2/c60、mos2/cnts、cnts/c60以及mos2/cnts/c60复合光催化剂的x射线衍射(xrd)谱图。

图2c60和所制备的mos2、mos2/c60、mos2/cnts、cnts/c60以及mos2/cnts/c60复合光催化剂的傅里叶红外(ft-ir)谱图。

图3所制备的mos2/cnts/c60复合光催化剂的x射线光电子能谱(xps)图。

图4所制备复合催化剂mos2/cnts/c60的扫描电镜(sem)照片。

图5所制备复合催化剂mos2/cnts/c60的透射电镜(tem)照片。

图6所制备的mos2、mos2/cnts、mos2/c60、cnts/c60以及mos2/cnts/c60复合光催化剂在可见光条件下降解罗丹明b的光催化反应谱图。

具体实施方式

下面以具体实施例的方式对本发明技术方案作进一步解释和说明。

1.mos2的制备：采用水热合成法，将0.15g钼酸钠和0.4g硫脲共溶于32.5ml去离子水中，在磁力搅拌器上搅拌30min。搅拌结束后再超声分散30min。将超声后的溶液装入内衬聚四氟乙烯不锈钢反应釜中，充填度为65％，加热到240℃并保持24h后自然冷却至室温。用去离子水和乙醇分别洗涤3次后，在60℃条件下将产物进行干燥。

2.cnts/c60的制备：将50mgcnts和50mgc60超声30min分散于20ml无水乙醇中，在磁力搅拌器上搅拌12h后，于干燥箱内80℃烘干，即得cnts/c60。

3.mos2/cnts/c60的制备：将0.9mgmos2和30mgcnts/c60超声1h分散于20ml无水乙醇中，在磁力搅拌器上搅拌3h后，于干燥箱内80℃烘干，即得mos2/cnts/c60。

结构和形貌的表征

从图1可知所制备的mos2/cnts/c60复合光催化剂中含有硫化钼、cnts和c60的特征峰且没有其他杂峰出现，可知所制备的mos2/cnts/c60复合光催化剂仅含有mos2、cnts和c60。

如图2所示，所有c60的特征峰(1427cm^-1、1180cm^-1、575cm^-1、528cm^-1)以及cnts的特征峰(3450cm-1、1634cm-1、1375cm-1、1100cm-1)都可以从mos2/cnts/c60图谱中可以观察到，说明cnts和c60的成功负载。

如图3所示，c1s的峰在284.2ev(c-c)。mo3d的峰分别在228.7ev和232.0ev可知钼的存在形式为mo⁴⁺，s2p的峰分别出现在161.5ev和162.7ev可知的存在形式为s2^2-。

图4为所制备的mos2/cnts/c60样品的sem照片，其形貌为片状附着碳纳米管。图5为所制备的mos2/cnts/c60的tem照片亦可看出其形貌为片状附着碳纳米管。

光催化活性试验

使用rhb作为模型化合物对所制备样品的光催化性能进行评价。rhb是一种非常稳定的化合物，已被广泛用作代表性物质来检查众多可见光催化剂的反应活性。在实验中，在100ml0.01mmoll^-1的rhb溶液中加入0.01g催化剂并放入玻璃反应器中。采用500w氙灯(λ＞420nm)照射。将420nn滤波器插入灯和样品之间以除去紫外光(λ＜420nm)。在可见光照明之前将悬浮液在黑暗中强烈搅拌10分钟。然后将溶液在磁力搅拌下暴露于可见光照射。在给定的时间间隔，定期收集和分析4ml的悬浮液。通过uv-2550紫外光谱仪对rhb浓度进行分析，在紫外可见光的最大波段为552nm时记录吸收光谱强度。

由图6可以看出mos2/cnts/c60催化剂较纯相mos2、mos2/cnts、mos2/c60及cnts/c60光催化效率有大幅度提高，其中6％mos2/cnts/c60光催化效率最高，经可见光照射45minrhb降解率可达100％。