一种基于表面改性的TiO₂/MoS₂复合材料的制备方法

一种基于表面改性的TiO₂/MoS₂复合材料的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于表面改性的TiO2/MoS2复合材料的制备方法属该方法主要包括三步：1)将P25TiO2粉末与浓NaOH溶液通过水热条件得到二氧化钛的纳米带；2)将纳米带进行表面改性处理使纳米带表面粗糙，退火得到改性的二氧化钛纳米带3)水热法直接在二氧化钛表面制备二硫化钼层，得到TiO2/MoS2复合材料。本发明采用水热?表面改性?水热的工艺制备获得TiO2/MoS2复合材料，通过表面改性处理可影响界面的电子性能，从而影响TiO2/MoS2异质结的能带结构，有利于提高复合材料的光催化性能。同时对研究复合材料界面电子性能及生长机理有重要作用。
【专利说明】
一种基于表面改性的T i 02/M〇S2复合材料的制备方法
技术领域
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[0001]本发明属于复合材料制备领域，涉及一种Ti〇2/MoS2异质结的制备方法，尤其涉及一种基于表面改性的Ti02/M〇S2复合材料的制备方法。【背景技术】:
[0002]Ti02作为一种在光催化和绿色环境方面应用广泛的材料，由于其本征带隙较宽和电荷分离效率较低，其光敏特性仅限于紫外光范围并对太阳光的利用效率低。为了使催化剂在可见光下具有催化活性，以二氧化钛为基形成的复合材料引起人们的广泛关注。最近， 越来越多人意识到电子行为在光催化性能等方面起到重要的作用，因此表面功能化对实现可见光催化有实质性作用。这为通过表面工程来提高可见光催化性能提供了崭新的想法。
[0003]另外，M〇S2在光检测，光催化，电子学和光电工程等方面有很大应用潜力，因此已经成为广泛研究的功能材料。许多奇特的物理现象尤其是限制在单层的M〇S2中。适当的能量带隙和较高的光吸收的范围使得M〇S2适合应用在光伏和光催化方面。耦合两种材料形成新型的功能材料是材料科学研究中的新方法。
【发明内容】
:
[0004]本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种表面改性的Ti02/M〇S2复合材料的制备方法，该方法通过表面改性处理对其界面电子性能产生影响，从而影响Ti02/M〇S2异质结的能带结构，提高复合材料的光催化性能。
[0005]本发明的技术方案如下:
[0006]—种表面改性的Ti02/M〇S2复合材料的制备方法，包括以下步骤:
[0007](1)配置二氧化钛前驱体溶液，采用水热法制备纳米带；[〇〇〇8](2)对上述纳米带进行表面改性处理使纳米带表面粗糙，退火后得到改性Ti〇2纳米带；
[0009](3)将改性Ti〇2纳米带置于二硫化钼前驱体溶液中，采用水热法在改性Ti〇2纳米带表面制备二硫化钼层，得到表面改性的Ti02/M〇S2复合材料。
[0010]上述技术方案中，所述的二氧化钛前驱体溶液为P25粉末与lOMNaOH混合而成的悬浊液。
[0011]所述的步骤(2)中表面改性处理为:将Ti〇2纳米带先置于0.01-10M的NaOH溶液中 150°(:下反应411，再用0.1]\^(:1清洗至中性;或者将1102纳米带置于0.02-0.211112304溶液100 。(:反应12h;或者先将Ti〇2纳米带置于0.01-10M的NaOH溶液中150°C下反应4h，清洗至中性后再置于〇.02-0.2M H2SO4溶液100°C反应12h。
[0012]所述的二硫化钼前驱体溶液为钼酸钠、硫脲与去离子水的混合液，其中每35-40ml 去离子水对应钼酸钠30_50mg、硫脲60-1 OOmg。
[0013]进一步地，具体步骤如下:[〇〇14]1)将P25粉末加入10M NaOH中混合成悬浊液，获得二氧化钛前驱体溶液，置于反应釜中在210-230°C下水热反应21h，产物用0.1MHC1清洗，得到纳米带；[0〇15]2)将纳米带先置于10M的NaOH溶液中150 °C下反应4h，再用0.1MHC1清洗至中性;或者将Ti02纳米带置于0.02M H2S〇4溶液100°C反应12h;或者先将Ti02纳米带置于10M的NaOH 溶液中150 °C下反应4h，清洗至中性后再置于0.02M H2S〇4溶液100 °C反应12h;经上述表面处理后的产物置于恒温干燥箱烘干，再在600-750°C退火1小时，得到改性Ti02纳米带；
[0016]3)将钼酸钠、硫脲加入去离子水中，每35-40ml去离子水对应钼酸钠30-50mg、硫脲 60-100mg，配置二硫化钼前驱体溶液，与改性Ti02纳米带一同置于反应釜内，180-210°C下水热反应18-21h，得到表面改性的Ti02/M〇S2复合材料。
[0017]有益效果:本发明采用水热-表面改性-水热的工艺制备获得Ti02/M〇S2复合材料， 通过表面改性处理可影响界面的电子性能，从而影响Ti02/M〇S2异质结的能带结构，有利于提高复合材料的光催化性能。同时对研究复合材料界面电子性能及生长机理有重要作用。【附图说明】:
[0018]图1.本发明中经表面改性处理二氧化钛纳米带的扫描电镜图。
[0019]其中:(a)未改性处理，(b)硫酸处理，(c)氢氧化钠+盐酸+硫酸处理，(d)氢氧化钠+盐酸处理；
[0020]图2.本发明的T i02/M〇 S2复合材料的透射电镜图。[〇〇21]其中:(a_c)分别硫酸处理，氢氧化钠+盐酸+硫酸处理，氢氧化钠+盐酸处理的 Ti02/MoS2复合材料透射图；(d)硫酸处理后的复合材料的高分辨图。[〇〇22]图3.本发明中不同表面改性处理后最终获得的Ti02/M〇S2复合材料的价带偏移和导带偏移的能带示意图。【具体实施方式】
[0023]以下结合附图和实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0024]本发明的复合材料的制备的过程主要包括三个部分:(a)水热法得到纳米带(b)改性处理二氧化钛纳米带(c)水热法制备二氧化钛与二硫化钼复合材料。[〇〇25]实施例1:[0〇26](a)水热法制备纳米带[〇〇27]将0.15g的P25Ti02与10M的浓NaOH溶液制成均匀的30ml的悬浊液，于高压反釜中，210-230 °C下保温24h，自然冷却，得到的白色物质用0.1M稀HC1溶液和去离子水清洗至中性或弱酸性。[〇〇28](b)改性处理纳米带[〇〇29]将制得白色纳米带与40ml的0.02M稀硫酸混合均匀，置于四氟乙烯内胆中100°C下保温12小时，冷却并用去离子水清洗干净。再将纳米带置于恒温干燥箱中，80°C下烘干6小时再在通氧的管式炉中600-750 °C退火lh，得到改性处理的二氧化钛纳米带，其SEM图如图1 (b)所示。
[0030](c)水热法制备T i 02/M〇 S2复合材料[0〇31 ]称取30mg钼酸钠和60mg硫脲加入30ml去离子水中搅拌成透明液，将30mg改性的二氧化钛纳米带置于30ml澄清液中超声15min制成白色悬浊液，将悬浊液置于高压反应釜中并在恒温干燥箱中210°C保温21h。自然冷却制室温，得到黑色的复合材料，并用去离子水离心清洗。最后在80 °C恒温干燥箱中6小时烘干得到Ti02/M〇S2复合材料，其透射电镜图如图2 所示。[0〇32]研究表明，经稀H2SO4改性处理，能使二氧化钛纳米带表面生成纳米颗粒和纳米孔，由光滑表面变为粗糙，从而影响其界面电子状态，经H2S〇4改性的二氧化钛其表面的功函数会降低0.07eV。
[0033]实施例2:[0〇34](a)水热法制备纳米带[〇〇35]将0.15g的P25与10M的浓NaOH溶液制成均匀的透明液共30ml，将澄清液置于高压应釜中，210-230 °C下保温24h，自然冷却，得到的白色物质用0.1M稀HC1溶液和去离子水清洗至中性或弱酸性。[〇〇36](b)改性处理纳米带[〇〇37]将制得白色纳米带，用40ml的10M浓NaOH溶液混合均匀，置于四氟乙烯内胆中150°C下保温4小时，之后用0.1M稀HC1溶液和去离子水清洗至中性。接着将产物与0.02M稀硫酸 (40ml)混合均匀，置于四氟乙烯内胆中100°C下保温12小时，冷却并用去离子水清洗干净。 将得到的白色纳米带在80°C恒温干燥箱中烘干6小时。最后在通氧气在600-750°C煅烧lh， 得到改性处理的二氧化钛纳米带。[〇〇38](c)水热法制备Ti02/MoS2复合材料[0〇39]称取30mg钼酸钠和60mg硫脲加入30ml去离子水中搅拌成透明液，将30mg改性的二氧化钛纳米带置于透明液中超声15min制成白色悬浊液，将悬浊液置于高压反应釜中并在 210-230°C恒温箱中保温21h。自然冷却制室温，得到黑色的复合材料，并用去离子水分离提取，并在80 °C恒温干燥箱中6小时烘干得到Ti02/M〇S2复合材料。
[0040]实施例3:[〇〇411(a)水热法制备纳米带[〇〇42]将0.15g的P25与10M的浓NaOH溶液制成30ml的悬浊液，将高压应釜置于210-230°C恒温箱中保温24h，自然冷却，得到的白色物质用0.1M稀HC1溶液和去离子水清洗至中性或弱酸性。[〇〇43](b)改性处理纳米带[〇〇44]将制得白色偏钛酸纳米带与40ml的10M浓NaOH溶液混合均匀，置于四氟乙烯内胆 (50ml)中150 °C下保温4小时，之后用0.1M稀HC1溶液和去离子水清洗至中性。接着将白色粉末置于恒温干燥箱中，80 °C下烘干6小时。最后在氧气氛围的管式炉中600-750 °C煅烧lh，得到改性处理的二氧化钛纳米带。[〇〇45](c)水热法制备二氧化钛与二硫化钼复合材料。[0〇46 ]称取3 Omg钼酸钠和6 Omg硫脲用去离子水配制成3 0m 1的透明液，将3 Omg的改性的二氧化钛纳米带置于透明液中超声15min制成白色悬浊液，将悬浊液置于高压反应釜中并在恒温干燥箱以210_230°C保温21h。自然冷却制室温，用其离子水离心清洗得到黑色的复合材料。在恒温干燥箱中置于80 °C烘干6小时得到Ti02/M〇S2复合材料。
[0047]虽然本发明是结合以上实施例进行描述的，但本发明并不被限定于上述实施例，本领域普通技术人员能够容易对其进行修改和变化，但并不离开本发明的实质构思和范围。
【主权项】
1.一种基于表面改性的Ti02/M〇S2复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:(1)配置二氧化钛前驱体溶液，采用水热法制备Ti02纳米带；(2)对上述Ti〇2纳米带进行表面改性处理使纳米带表面粗糙，退火后得到改性Ti〇2纳米 带；(3)将改性Ti02纳米带置于二硫化钼前驱体溶液中，采用水热法在改性Ti02纳米带表面 制备二硫化钼层，得到表面改性的Ti02/M〇S2复合材料。2.如权利要求1所述的基于表面改性的Ti02/M〇S2复合材料的制备方法，其特征在于，所 述的二氧化钛前驱体溶液为P25粉末与1 OMNaOH混合而成的悬浊液。3.如权利要求1所述的基于表面改性的Ti02/M〇S2复合材料的制备方法，其特征在于，所 述的步骤(2)中表面改性处理为将Ti02纳米带先置于0.01-10M的NaOH溶液中150°C下反应 处，再用0.謂11(:1清洗至中性;或者将1102纳米带置于0.02-0.211112304溶液100°(:反应1211; 或者先将Ti02纳米带置于0.01-10M的NaOH溶液中150°C下反应4h，清洗至中性后再置于 0.02-0.2M H2SO4溶液 100°C 反应 12h。4.如权利要求1所述的基于表面改性的Ti02/M〇S2复合材料的制备方法，其特征在于，所 述的二硫化钼前驱体溶液为钼酸钠、硫脲与去离子水的混合液，其中每35-40ml去离子水对 应钼酸钠30_50mg、硫脲60-1 OOmg。5.—种基于表面改性的Ti02/M〇S2复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:1)将P25粉末加入10M NaOH中混合成悬浊液，获得二氧化钛前驱体溶液，置于反应釜中 在210-230°C下水热反应21h，产物用0.1MHC1清洗，得到Ti02纳米带；2)将Ti02纳米带先置于10M的NaOH溶液中150°C下反应4h，再用0.1MHC1清洗至中性;或 者将Ti02纳米带置于0.02M H2S〇4溶液100°C反应12h;或者先将Ti02纳米带置于10M的NaOH 溶液中150 °C下反应4h，清洗至中性后再置于0.02M H2S〇4溶液100 °C反应12h;经上述表面处 理后的产物置于恒温干燥箱烘干，再在600-750°C退火1小时，得到改性Ti02纳米带；3)将钼酸钠、硫脲加入去离子水中，每35-40ml去离子水对应钼酸钠30-50mg、硫脲60-l〇〇mg，配置二硫化钼前驱体溶液，与改性Ti02纳米带一同置于反应釜内，180-210 °C下水热 反应18-21h，得到表面改性的Ti02/M〇S2复合材料。
【文档编号】C01G39/06GK105944738SQ201610260441
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年4月22日
【发明人】陶俊光, 宋晓琳, 陈贵锋, 张辉, 罗文博, 王梦雪
【申请人】河北工业大学