一种2D/2D异质结压-光催化剂及其制备方法与流程

本发明涉及催化材料技术领域，具体涉及一种2d/2d异质结压-光催化剂及其制备方法。

背景技术：

由于世界人口的增长和工业的迅速发展，对环境保护的需求不断增加。水溶性有机染料污染物稳定性高，处理起来特别困难，会导致严重的健康和环境问题。为了解决这一严重问题，迫切需要开发环境友好、方便、廉价的降解有机污染物的技术。近年来，利用压电纳米材料的极化作用被认为是提高光催化降解效率的有效方法。通过内建电场的引入，可以有效地促进光生电子和空穴的分离。另外，由机械振动诱导产生应力引起压电材料的极化，即压电效应，可用作在黑暗环境中催化降解有机污染物的驱动力。例如，hong,etal证明了在压电batio3微晶存在的情况下，酸橙7(ao7)的水溶液可以通过超声振动降解。(piezoelectrochemicaleffect:anewmechanismforazodyedecolorizationinaqueoussolutionthroughvibratingpiezoelectricmicrofibers.thejournalofphysicalchemistryc,2012,116(24):13045-13051)。与现有的电催化技术相比，压电催化剂具有利用环境普遍存在的机械振动，减少对电力条件依赖的优点。

阻碍光催化剂工业化应用的最重要问题之一是光生电子空穴对湮灭导致的光催化效率低下，研究人员采取了许多策略：如掺杂、构建异质结、共催化剂负载和设计纳米结构等策略来克服这种限制。然而，目前所开发的催化剂光催化活性还远远不能令人满意，因此，寻找能够抑制光生电子空穴对复合、收集环境细微振动能量用于催化来提高催化性能的有效途径仍是十分必要的。压电材料中内建电场(由本征或应变引起压电材料的离子位移)被用来在空间上分离可见光产生的光生电子空穴对，从而提高催化活性(synergisticallycatalyticactivitiesofbifeo3/tio2core-shellnanocompositesfordegradationoforganicdyemoleculethroughpiezophototroniceffect.nanoenergy,2019,56:74-81)。

本发明设计并制备了由nanbo3纳米片和mos2纳米片组成的新型nanbo3/mos2异质结构压-光催化剂。一方面，nanbo3纳米片的自发极化所产生的内建电场为有效分离电子空穴对提供了驱动力；另一方面，二硫化钼纳米片由于其高导电性、丰富的活性边缘位点使其可以作为助催化剂提高压-光催化活性。由此，新型纳米nanbo3/mos2异质结可实现对有机污染物的高效降解(反应速率常数高于k＝10～50×10^-3min^-1)。

技术实现要素：

本发明所要解决的问题是：提供一种2d/2d异质结压-光催化剂及其制备方法，过压电效应增强光催化效应，实现有机污染物的高效降解。

本发明为解决上述问题所提供的技术方案为：一种2d/2d异质结压-光催化剂，包括nanbo3纳米片和mos2纳米层。

一种2d/2d异质结压-光催化剂的制备方法，所述方法包括以下步骤，

1)、称量一定量的nb2o5和十二烷基苯磺酸钠分散于矿化剂中，搅拌，将上述溶液转移到特氟龙不锈钢高压釜，然后在特定温度下进行水热反应，冷却，清洗，干燥，制得nanbo3纳米片；

2)、将定量的钼酸钠，硫脲溶于草酸溶液中，搅拌，加入一定量的nanbo3纳米片粉体，将上述溶液转移到特氟龙不锈钢高压釜，然后在特定温度下反应，冷却，清洗，干燥，制得nanbo3/mos2压-光催化剂。

优选的，所述步骤1)中nb2o5和十二烷基苯磺酸钠的质量分别为0.5g和0.02g，矿化剂为koh和naoh以k⁺:na⁺＝2:1的比例和浓度0.5mol/l～2mol/l组成的混合溶液，矿化剂的体积为80ml。

优选的，所述步骤1)中搅拌时间为0.5h～1.5h，高压釜容积为100ml。

优选的，所述步骤1)中水热反应温度为180℃～220℃，反应时间为6h～24h。

优选的，所述步骤1)中清洗溶液为去离子水，干燥温度为60℃～90℃。

优选的，所述步骤2)中钼酸钠和硫脲的质量分别为0.065g和0.13g，草酸溶液的浓度为0.075mol/l。

优选的，所述步骤2)中所加入的nanbo3的质量为总质量的10％，25％，40％。

优选的，2d/2d异质结压-光催化剂能够在超声波和可见光照协同驱动下将有机污染物高效分解，催化剂的浓度为0.05～0.5mg/l。

与现有技术相比，本发明的优点是：

(1)本发明采用两步水热法制得nanbo3/mos2异质结压-光催化剂，其制备方法简单，适合工业化生产。

(2)本发明克服了单一压电材料催化效率低下的局限性，获得的异质结对有机污染物降解具有明显的催化活性。最优降解反应速率常数k达到39.27×10^-3min^-1，约为单一压电和光催化的2倍。

(3)本发明制得的nanbo3/mos2异质结可显著增强内建电场，促使电子和空穴有效地分离。

综上所述，本发明制备的nanbo3/mos2异质结压-光催化剂打破了单一振动和光催化剂的局限性，实现了细微振动和光能的高效利用，为利用压电-光效应协同催化降解有机污染物提供了一种新的途径，具有广阔的应用前景，且其制备方法简单，适合工业化生产。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为nanbo3，nanbo3/mos2-25％，mos2的xrd图谱。

图2为实例5的紫外吸收光谱和降解效果图。

图3为nanbo3/mos2-25％分别在光(a)、压电(b)和压-光协同(c)催化下的降解效果。

具体实施方式

以下将配合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

实施例1：

1)称量0.5g的nb2o5和0.02g的十二烷基苯磺酸钠分散于80ml的koh和naoh以k⁺:na⁺＝2:1比例组成的矿化剂溶液(0.5mol/l)中，搅拌1h，将上述物质转移到特氟龙不锈钢高压釜(100ml),然后在200℃加热10h。冷却后,使用去离子水清洗白色的沉淀，之后在80℃下进行干燥，制得nanbo3纳米片。

2)称量0.065g钼酸钠和0.130g硫脲溶于20ml草酸溶液(0.075mol/l)中，经磁力搅拌0.5h，将总质量10％的nanbo3纳米片粉体添加到上述溶液,搅拌1h，然后转移到100ml特氟龙高压釜中，在200℃下加热24h。冷却到室温,用去离子水清洗几遍，随后在60℃下干燥12h，制得所述nanbo3/mos2压电催化剂。

3)使用催化剂的浓度为0.05mg/l，实现压电-光协同催化降解有机污染物，实现高效降解(反应速率常数k＝10×10^-3min^-1)。

实施例2：

1)称量0.5g的nb2o5和0.02g的十二烷基苯磺酸钠分散于80ml的koh和naoh以k⁺:na⁺＝2:1比例组成的矿化剂溶液(0.5mol/l)中，搅拌1h，将上述物质转移到特氟龙不锈钢高压釜(100ml),然后在200℃加热10h。冷却后,使用去离子水清洗白色的沉淀，之后在80℃下进行干燥，制得nanbo3纳米片。

2)称量0.065g钼酸钠和0.130g硫脲溶于20ml草酸溶液(0.075mol/l)中，经磁力搅拌1h，将总质量10％的nanbo3纳米片粉体添加到上述溶液,搅拌1h,然后转移到100ml特氟龙高压釜中，在200℃下加热24h。冷却到室温,用去离子水清洗几遍，随后在60℃下干燥12h，制得所述nanbo3/mos2压电催化剂。

3)使用催化剂的浓度为0.1mg/l，实现压电-光协同催化降解有机污染物，实现高效降解(反应速率常数k＝20.20×10^-3min^-1)。

实施例3：

1)称量0.5g的nb2o5和0.02g的十二烷基苯磺酸钠分散于80ml的koh和naoh以k⁺:na⁺＝2:1比例组成的矿化剂溶液(0.5mol/l)中，搅拌1h，将上述物质转移到特氟龙不锈钢高压釜(100ml),然后在210℃加热6h。冷却后,使用去离子水清洗白色的沉淀，之后在80℃下进行干燥，制得nanbo3纳米片。

2)称量0.065g钼酸钠和0.130g硫脲溶于20ml草酸溶液(0.075mol/l)中，经磁力搅拌1h，将总质量40％的nanbo3纳米片粉体添加到上述溶液,搅拌1h,然后转移到100ml特氟龙高压釜中，在200℃下加热24h。冷却到室温,用去离子水清洗几遍，随后在60℃下干燥12h，制得所述nanbo3/mos2压电催化剂。

3)使用催化剂的浓度为0.1mg/l，实现压电-光协同催化降解有机污染物，实现高效降解(反应速率常数k＝23.45×10^-3min^-1)。

实施例4：

1)称量0.5g的nb2o5和0.02g的十二烷基苯磺酸钠分散于80ml的koh和naoh以k⁺:na⁺＝2:1比例组成的矿化剂溶液(0.5mol/l)中，搅拌1h，将上述物质转移到特氟龙不锈钢高压釜(100ml),然后在210℃加热6h。冷却后,使用去离子水清洗白色的沉淀，之后在80℃下进行干燥，制得nanbo3纳米片。

2)称量0.065g钼酸钠和0.130g硫脲溶于20ml草酸溶液(0.075mol/l)中，经磁力搅拌1h，将总质量40％的nanbo3纳米片粉体添加到上述溶液,搅拌1.5h,然后转移到100ml特氟龙高压釜中，在210℃下加热24h。冷却到室温,用去离子水清洗几遍，随后在60℃下干燥10h，制得所述nanbo3/mos2压电催化剂。

3)使用催化剂的浓度为0.4mg/l，实现压电-光协同催化降解有机污染物，实现高效降解(反应速率常数k＝28.22×10^-3min^-1)。

实施例5：

1)称量0.5g的nb2o5和0.02g的十二烷基苯磺酸钠分散于80ml的koh和naoh以k⁺:na⁺＝2:1比例组成的矿化剂溶液(0.5mol/l)中，搅拌1h，将上述物质转移到特氟龙不锈钢高压釜(100ml),然后在210℃加热6h。冷却后,使用去离子水清洗白色的沉淀，之后在80℃下进行干燥，制得nanbo3纳米片。

2)称量0.065g钼酸钠和0.130g硫脲溶于20ml草酸溶液(0.075mol/l)中，经磁力搅拌1h，将总质量25％的nanbo3纳米片粉体添加到上述溶液,搅拌1.5h,然后转移到100ml特氟龙高压釜中，在210℃下加热24h。冷却到室温,用去离子水清洗几遍，随后在60℃下干燥10h，制得所述nanbo3/mos2压电催化剂。

3)使用催化剂的浓度为0.2mg/l，实现压电-光协同催化降解有机污染物，实现高效降解(反应速率常数k＝39.27×10^-3min^-1)。

以上仅就本发明的最佳实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅局限于以上实施例，其具体结构允许有变化。凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明保护范围内。