一种二硫化钼复合材料的制备方法与流程

文档序号:15614106发布日期:2018-10-09 20:59阅读:3528来源:国知局

本发明涉及一种二硫化钼复合材料的制备方法。



背景技术:

二硫化钼具有比表面积大,吸附能力强,反应活性高等优点,近年来在催化性能方面备受瞩目。因其价格低廉,具有优越的析氢活性和化学稳定性。有文献报道合成了二硫化钼的纳米颗粒,纳米片和纳米花等用于析氢反应,均有较好的析氢活性。但是,二硫化钼片层间较强的范德华力使得其在制备过程中容易团聚和导电性差等缺点阻碍了其催化性能和析氢活性的进一步提升。因此大量的报道通过将二硫化钼负载在导电性比较好的载体上来提升其析氢活性和催化性能。考虑到这些原因,设计合成高活性位点暴露以及高导电性的二硫化钼阴极材料成为目前最主要的研究方向。目前,二硫化钼负载在金,活性炭,碳布以及石墨烯作为阴极材料已经被大量的文献报道。

石墨烯是一种sp2杂化的单层碳原子排列成六角网格状的二维晶体,其中碳原子是以六元环形式周期性排列组成的二维蜂窝状晶格结构,碳原子和碳原子之间通过共价键相连接,研究发现单层石墨烯片的厚度约为0.335nm左右。这种特殊的几何结构促使石墨烯较其他碳基材料表现出强的物理,化学性质。

由于卟啉及其金属卟啉具有良好的光电化学性质,在太阳能的转化中实现更高的能量转化效率,同时基于其特殊的光催化氧化和可见光响应的特性,其在处理环境有毒有机污染物上面有着广泛的应用。卟啉之间存在大π共轭结构及分子间相互作用能够使其自组装成超分子体系,这种超分子体系能够通过分子间作用实现光电子的传递和分离,将有利于其光催化降解有毒有机污染物。近年来,卟啉敏化半导体在可见光照射条件下的光催化降解实验已取得长足的进步,一些学者主要尽力集中在如何提高催化剂的稳定性和光催化效率以及利用一些物理和化学方法研究揭示光降解反应中的机理问题等。但卟啉类光催化剂还存在许多有待进一步探索的科学基本原理如激发态的电子结构和性质,激发态电子的形成和弛豫机制过程以及激发态电子转移到半导体上的途径,如何利用可见光调控激发态电子转移等等。对这些问题的深入研究,将为设计和制备性能更优越的光催化剂材料提供重要的理论基础。卟啉催化剂的研究还处在较新的阶段,深入的研究将会揭示更多其特殊的光电化学效应及应用。

卟啉类化合物作为敏化剂有其特有的优点,(1)可以和半导体之间紧密的结合。卟啉环上众多的可修饰取代的位置使人们能够方便的对其进行有针对性的修饰,从而可以使卟啉化合物和tio2等半导体材料紧密结合,无论是物理吸附还是以化学键键合,事实证明卟啉都可以促使敏化的半导体材料在可见光范围内得到响应。(2)在可见光区有强的吸收,这正是卟啉最突出的优点,也正是这一点,自然界才选择了卟啉化合物作为利用太阳能进行光合作用的反应中心。(3)卟啉非常稳定,卟啉化合物一般都有较高的熔点,大的共轭π键所表现出的稳定性使其难以被氧化分解,而这几点正是一种理想的敏化剂所应具备的。



技术实现要素:

本发明的目的在于提供一种二硫化钼复合材料的制备方法。

为了解决上述技术问题,本发明提供了如下的技术方案:

一种二硫化钼复合材料的制备方法,包括如下步骤:

(1)将氧化石墨烯分散于水中,再加入钼酸钠和硫代乙酰胺,水热反应,得到mos2/还原氧化石墨烯复合材料;

(2)将步骤(1)得到的复合材料用卟啉溶液浸泡,得到卟啉-mos2/还原氧化石墨烯复合材料。

优选地,步骤(1)中,水热反应的温度为180~200℃,时间为24~26h。

优选地,氧化石墨烯、钼酸钠与硫代乙酰胺的质量比为(0.5~1):(5~10):(20~40)。

优选地,所述卟啉为四苯基卟啉。

优选地,先采用电泳沉积法将步骤(1)得到的复合材料沉积在导电玻璃上,再用卟啉溶液浸泡。

一种二硫化钼复合材料的制备方法,包括如下步骤:

(1)将钼酸钠和硫代乙酰胺溶解于水中,水热反应,得到花瓣状mos2;

(2)将步骤(1)得到的花瓣状mos2用卟啉溶液浸泡,得到卟啉-mos2复合材料。

优选地,步骤(1)中,水热反应的温度为180~200℃,时间为24h。

优选地,钼酸钠与硫代乙酰胺的质量比为(5~10):(20~40)。

优选地,所述卟啉为四苯基卟啉。

本发明运用一种简单环保的方法制备了一种卟啉敏化的mos2/rgo或花瓣状mos2的复合材料,其制备方法简捷快速而且经济有效,由于四苯基卟啉自身是个较好的光敏化剂,可以提高捕获光的能力,同时二硫化钼与石墨烯的复合能够有效地分离光生电子和空穴,促进电子转移的作用,因此上述复合材料具有很好的光电化学性能,从而促进其在光催化降解有机物领域中的作用。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本发明的实施例一起用于解释本发明,并不构成对本发明的限制。在附图中:

图1为本发明的花瓣状mos2的场发射扫描电子显微镜图。

图2为本发明的mos2/rgo复合材料的场发射扫描电子显微镜图。

图3为本发明的tpp、tpp-mos2和tpp-mos2/rgo的紫外吸收光谱图。

图4为本发明的tpp、tpp-mos2和tpp-mos2/rgo的荧光图。

图5为本发明的mos2/rgo复合材料、tpp-mos2复合材料和tpp-mos2/rgo复合材料的光电流开关曲线(i-tcurve)图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明,应当理解,此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明,并不用于限定本发明。

实施例1

称取80mg钼酸钠和320mg硫代乙酰胺,将其溶解在64ml去离子水中,常温下搅拌30分钟,使其充分溶解均匀,之后转入100ml带聚四氟乙烯内衬的反应釜中,在200℃下反应24小时,反应结束后,将反应釜冷却至室温,倒去上清液,留下黑色浑浊液,分别用乙醇和去离子水超声清洗几次,再离心分离,最后在60℃下真空干燥12小时,得到的黑色粉末,为花瓣状的二硫化钼,场发射扫描电子显微镜图如图1所示。

实施例2

称取80mg钼酸钠和320mg硫代乙酰胺,将其溶解在64ml去离子水中,常温下搅拌30分钟,使其充分溶解均匀,之后转入100ml带聚四氟乙烯内衬的反应釜中,在180℃下反应24小时,反应结束后,将反应釜冷却至室温,倒去上清液,留下黑色浑浊液,分别用乙醇和去离子水超声清洗几次,再离心分离,最后在60℃下真空干燥12小时,得到的黑色粉末,为花瓣状的二硫化钼。

实施例3

称取80mg钼酸钠和160mg硫代乙酰胺,将其溶解在64ml去离子水中,常温下搅拌30分钟,使其充分溶解均匀,之后转入100ml带聚四氟乙烯内衬的反应釜中,在180℃下反应24小时,反应结束后,将反应釜冷却至室温,倒去上清液,留下黑色浑浊液,分别用乙醇和去离子水超声清洗几次,再离心分离,最后在60℃下真空干燥12小时,得到的黑色粉末,为花瓣状的二硫化钼。

实施例4

称取80mg钼酸钠、320mg硫代乙酰胺和8mg氧化石墨烯,先将氧化石墨烯分散于64ml去离子水中,再加入钼酸钠和硫代乙酰胺,常温下搅拌30分钟,使其充分溶解均匀,之后转入100ml带聚四氟乙烯内衬的反应釜中,在180℃下反应24小时,反应结束后,将反应釜冷却至室温,倒去上清液,留下黑色浑浊液,分别用乙醇和去离子水超声清洗几次,再离心分离,最后在60℃下真空干燥12小时,得到的黑色粉末,为mos2/还原氧化石墨烯(rgo)的复合材料,场发射扫描电子显微镜图如图2所示。

实施例5

分别将实施例1-3制备好的花瓣状mos2和实施例4制备好的mos2/rgo复合材料电泳沉积到ito导电玻璃上,再分别让沉积有花瓣状mos2和mos2/rgo的ito浸泡在0.1mm四苯基卟啉(tpp)的三氯甲烷溶液中,浸泡12小时,分别得到tpp-mos2复合材料和tpp-mos2/rgo的复合材料。复合材料的紫外吸收光谱图和荧光图分别如图3和图4所示。

实施例6

让沉积有复合材料的ito自然晾干,以0.5mol/l的na2so4为电解质溶液,在上海辰华公司的chi电化学工作站上测试光电流开关曲线,沉积有复合材料的ito为工作电极,银/氯化银电极为参比电极,铂柱电极为对电极,结果如图5所示。

tpp-mos2/rgo电极的光电流大于mos2/rgo电极的光电流主要是由于四苯基卟啉对光能的捕获的特性。

本发明氧化石墨烯的制备方法为:在1.8-2.0g石墨粉和1.0-1.2g硝酸钠中加入50ml浓硫酸,再缓慢加入7.4-7.6g高锰酸钾,32-35℃下搅拌4-6小时,在50-60℃烘箱中烘6-7小时后冷却,分别加去离子水和过氧化氢130-140ml和10-12ml,继续搅拌12-13小时,用去离子水洗涤烘干得氧化石墨烯。

最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

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