异质结构的制备方法
【专利说明】
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体光催化降解有机染料领域，涉及一种rGO负载花瓣状MoS2异质结构的制备方法。
【【背景技术】】
[0002]环境污染和能源危机成为制约当前社会快速发展的关键问题。半导体光催化降解有机物既可以有效利用太阳光，也可以治理日趋严重的环境污染问题，成为当前学术界和工业界关注的热点。作为半导体光催化剂，最基本的要求有三个:其一、所选半导体材料要有合适的带隙，尽量提高对可见光的吸收率;其二、材料本身要有大的比表面积，以便能与待降解的有机物充分结合和吸附;其三、光生电子一空穴及时分离，避免再次复合。
[0003]自石墨烯2004年发现以来，掀起了人们对二维材料的研究热潮。二硫化钼(MoS2)作为过渡金属硫化物的典型代表，具有独特的层状三明治结构。其层间通过范德瓦尔斯作用力结合。类似于石墨烯，MoS2也可以生长成数层的超薄二维结构，且随着层数变化其带隙在1.3eV?1.SeV可变，即可以实现较大范围对可见光的充分吸收。而且，二维片层MoS2具有比表面积大、边缘悬挂键丰富、表面活性高等特点，为高性能光催化剂的实现提供了可能。
[0004]但单一的MoS2并不能有效抑制光生电子和空穴的复合，对提升光催化效率不利。如何促进光生电子和空穴的分离，成为制约其光催化特性的瓶颈问题。倘若将MoS2与其他的二维材料复合，利用其强烈的异质界面效应完全可能达到对光生电子和空穴的有效分离。石墨烯具有极高的导电性和光学透过率，如果将石墨烯与MoS2复合，既不影响MoS2对光的吸收，也可促进光生电子快速转移到石墨烯，而空穴仍留在MoS2上，极大提升光催化特性。
【
【发明内容】
】
[0005]本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种rGO负载花瓣状MoS2异质结构的制备方法，该方法是通过一步水热法制备MoS2/rG0异质复合材料，形成一种花瓣状MoS2团簇和石墨烯片层紧密缠绕且拥有大比表面积的异质结构，为在光照下产生的光生电子提供有效的传输通道，实现光生电子与空穴的有效分离，显著提高材料的光催化降解有机染料的效能。
[0006]为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现:
[0007 ] 一种rGO负载花瓣状MoS2异质结构的制备方法，包括以下步骤:
[0008]I)选用二水合钼酸钠和硫脲为反应物，氧化石墨烯为前驱体，进行充分混合，得到均匀分散的悬浊混合溶液；
[0009]2)以高压釜为盛放器皿，混合溶液作为反应物，采用水热法，制备出rGO负载花瓣状MoS2复合结构的混合溶液；
[0010]3)对混合溶液进行清洗和烘干，得到MoS2/rG0复合结构粉末。
[0011]本发明进一步的改进在于:
[0012]还包括以下步骤:
[0013]4)通过退火处理提高MoS2/rG0复合结构粉末的结晶度和界面状态。
[0014]所述步骤4)中，在真空或者氩气气氛下进行退火处理，退火温度为4500C，升温速率为5 °C /min，保温时间为2h，随炉冷却。
[0015]所述步骤I)中，二水合钼酸钠和硫脲的摩尔比为1:5;按质量分数计，氧化石墨烯的添加量为二水合钼酸钠的0%?10%。
[0016]所述步骤I)中，悬浊混合溶液是通过搅拌以及超声波处理得到的。
[0017]所述步骤2)中，反应器皿为特氟龙釜衬配以不锈钢釜套，容积为100mL。
[0018]所述步骤2)中，将高压釜放置于烘箱中，反应温度为210°C，反应时间为3?30h，随炉冷却或者水冷后取出反应产物，待用。
[0019]所述步骤3)中，清洗处理为依次在丙酮、去离子水以及无水乙醇中，以8000r/min的速度离心3次，每次5min，得到处理后的混合溶液，待用。
[0020]所述步骤3)中，将清洗处理后的混合溶液置于真空烘箱中，在80°C的温度下烘干12h，得到MoS2/rG0复合结构粉末，待用。
[0021]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
[0022]本发明制备的MoS2/rG0复合材料是花瓣状MoS2团簇分散在石墨烯片层上，相互缠绕，且界面结合良好。当该复合材料与有机染料混合之后，由于二维材料相对较大的比表面积以及所有原子均暴露在表层这样的本征属性，材料和有机染料接触充分，大大增加了催化位点。本发明利用MoS2和石墨烯之间形成的异质界面，可有效地促进光生电子和空穴的分离，增强复合材料的光吸收和光催化性能。本发明以二水合钼酸钠为钼源，以硫脲为硫源，在水热反应过程中，在氧化石墨官能团的促进下形核，并在水热过程中实现对氧化石墨的还原，从而形成MoS2团簇与石墨烯紧密结合的异质结构，随着反应时间的延长呈现出MoS2团簇的长大、分散化，通过后续的退火处理提高了异质结的结晶程度。
【【附图说明】】
[0023]图1为制备的MoS2团簇扫描电镜图；
[0024]图2为制备的MoS2/rG0复合结构扫描电镜图；
[0025]图3为MoS2团簇和MoS2/rG0复合结构降解RhB降解效率对比图。
【【具体实施方式】】
[0026]下面结合具体实施例对本发明做进一步详细描述:
[0027]本发明利用一步水热法制备rGO负载花瓣状MoS2复合结构；在真空或氩气气氛下对MoS2/rG0复合结构粉末进行退火处理，进一步提升其结晶度；调整反应过程中前驱体种类、氧化石墨烯的加入量以及反应时间，实现对MoS2团簇几何特征的改变和控制。本发明MoS2/rG0异质结构的制备方法，包括以下步骤:
[0028](I)选用二水合钼酸钠和硫脲为反应物，氧化石墨烯为前驱体，进行充分混合，均匀分散悬浊的混合溶液。
[0029]二水合钼酸钠和硫脲的摩尔比为1: 5，氧化石墨烯的添加量控制在二水合钼酸钠的O %?10 %范围内，将上述反应物加入到60mL去离子水中得到混合溶液，混合溶液是通过搅拌以及超声波处理得到均匀分散的悬浊液，待用。
[0030](2)以高压釜为盛放器皿，混合溶液作为反应物，采用水热法，制备出rGO负载花瓣状MoS2复合结构的混合溶液。
[0031]高压釜采用特氟龙釜衬配以不锈钢釜套，规格为lOOmL，将分散的混合悬浊液倒入釜衬里，装入不锈钢釜套中旋紧放置于普通烘箱中，反应温度为210°C，反应时间为3?30h，随炉冷却或者水冷后取出反应产物，待用。
[0032](3)对混合溶液进行清洗和烘干，得到MoS2/rG0复合结构粉末。
[0033]通过水热反应得到的MoS2/rG0复合结构混合溶液分别在丙酮、去离子水以及无水乙醇中，以8000r/min的转速离心3次，每次5min，得到清洗处理后的混合溶液，随后将清洗处理后的混合溶液置于真空烘箱中，80°C烘干12h，得到MoS2/rG0复合结构粉末，待用。
[0034](4)通过退火处理进一步提高MoS2/rG0复合结构粉末的结晶度和界面状态。
[0035]在真空或者氩气气氛下进行退火处理，退火温度为450°C，升温速率为5°C/min，保温时间为2h，随炉冷却。
[0036]实施例1
[0037]以二水合钼酸钠和硫脲为反应物，二水合钼酸钠和硫脲的摩尔比为1:5，氧化石墨烯为前驱体，不添加氧化石墨烯，水热反应合成MoS2团簇。水热反应温度为210°C，反应时间为24hο在Ar气氛条件下进行退火处理，退火温度为450 V，升温速率为5°C/min，保温时间为2h，随炉冷却。
[0038]如图1所示，本实例制备的MoS2团簇的直径为2.34μπι，团簇表面清晰可见若干MoS2片层，团簇分散性差。
[0039]实施例2
[0040]以二水合钼酸钠和硫脲为反应物，二水合钼酸钠和硫脲的摩尔比为1:5，氧化石墨烯为前驱体，氧化石墨烯的添加量为二水合钼酸钠的I %，水热反应合成MoS2/rG0复合材料。水热反应温度为210°C，反应时间为24hο在Ar气氛下退火处理，退火温度为450 V，升温速率为5 °C /min，保温时间为2h，随炉冷却。
[0041 ]本实例制备的MoS2/rG0复合材料中花瓣状MoS2团簇的直径为1.31μπι，团簇表面清晰可见MoS2片层，团簇与石墨烯片层紧密结合。
[0042]实施例3
[0043]以二水合钼酸钠和硫脲为反应物，二水合钼酸钠和硫脲的摩尔比为1:5，氧化石墨烯为前驱体，氧化石墨烯的添加量为二水合钼酸钠的2.5%，水热反应合成MoS2/rG0复合材料。水热反应温度为210°C，反应时间为24hο在Ar气氛下退火处理，退火温度为450 V，升温速率为5 °C /min，保温时间为2h，随炉冷却。
[0044]本实例制备的MoS2/rG0复合材料中花瓣状MoS2团簇的直径为1.22μπι，团簇表面清晰可见MoS2片层，团簇与石墨烯片层紧密结合。
[0045]实施例4
[0046]以二水合钼酸钠和硫脲为反应物，二水合钼酸钠和硫脲的摩尔比为1:5，氧化石墨烯为前驱体，氧化石墨烯的添加量为二水合钼酸钠的5%，水热反应合成MoS2/rG0复合材料。水热反应温度为210°C，反应时间为24hο在Ar气氛下退火处理，退火温度为450 V，升温速率为5 °C /min，保温时间为2h，随炉冷却。
[0047]如图2所示，本实例制备的MoS2/rG0复合材料中花瓣状MoS2团簇的直径为1.06μπι，团簇表面清晰可见MoS2片层，团簇与石墨烯片层紧密结合，团簇分散性较好。
[0048]实施例5
[0049]以二水合钼酸钠和硫