一种二硫化钼/TpPa-1复合材料的制备及光解水制氢的制作方法

本发明涉及一种二硫化钼/tppa-1复合材料的制备及光解水制氢。

背景技术：

当前，随着经济的快速发展，化石燃料不断的开采使用。引发了能源危机和环境污染两个亟待解决的问题。但是，目前社会经济和科技的发展都离不开大量的能源支持。所以寻找一种清洁无污染的可持续能源至关重要。氢能以其极高的比能量密度、热值大，燃烧产物只有水，不会对环境造成任何压力等优点成为取代化石能源的热门能源。日本学者fujishima和honda研究发现当光照n-型半导体tio2电极时，可导致水分解，使人们认识到利用太阳能光解水制氢的可行性。因能有效转换太阳能为化学能，光催化反应被看作是解决当今能源危机和环境污染问题的有效途径。

现有的光催化分解水多用贵金属铂(pt)作为助催化剂解决光生电子和空穴复合率高的问题。pt资源储量稀少，价格高昂，致使催化剂成本居高不下。类石墨烯材料二硫化钼(mos2)是一种新型的二维材料。它不仅具有石墨烯的一些优异性质，而且作为窄带隙半导体(禁带宽度约为1.3～1.8ev)，表现出良好的光催化活性。另外，由于其原料来源丰富，价格低廉，甚至被认为是是可以替代贵金属pt而充当光催化反应过程中的助催化剂。

共价有机机框架(cofs)材料是由轻原子(氢、硼、碳、氮等)通过共价键连接形成的具有二维拓扑结构的高度多孔有机聚合晶体材料，因其具有良好的可见光吸收、规整孔道结构及合适的禁带宽度等优点，成为一种非常有潜力的半导体光催化材料，但光生电子与空穴易复合的缺点使光催化效果不太理想。因此研制一种光解水制氢效率高的材料成为了研究热点。

技术实现要素：

本发明的目的是要解决现有材料光解水制氢在没有贵金属条件下效率不高的问题，而提供一种mos2/tppa-1复合材料的制备方法。

本发明的一种mos2/tppa-1复合材料的制备方法是按以下步骤完成的：

一、mos2的制备；

二、mos2/tppa-1的制备：将上述合成的mos2置于耐热玻璃管中，随后加入n,n-二甲基甲酰胺，在超声频率为35～45khz的条件下超声处理3h，随后加入对苯二胺和1,3,5-三醛基间苯三酚与乙酸水溶液，在超声频率为35～45khz的条件下超声处理30min，在液氮浴中进行三次冻融循环脱气，密封后于115～125℃中加热72h，过滤并用四氢呋喃洗涤数次，干燥即得mos2/tppa-1复合材料；

步骤二中所述对苯二胺和1,3,5-三醛基间苯三酚的质量比为16:21；

步骤二中所述n,n-二甲基甲酰胺和乙酸水溶液体积比为6:1；

步骤二中所述乙酸水溶液浓度为3mol·l^-1；

上述的mos2/tppa-1复合材料在光解水制氢方面的应用。

本发明的有益效果：

本发明采用溶剂热法，以对苯二胺和1,3,5-三醛基间苯三酚为原料，成功合成了一种二维有机材料(tppa-1)，但是该材料在可见光下光解水产氢效率较低，仅有0.172mmol·g^-1·h^-1。因此该发明在tppa-1基础上又合成了一种新的复合材料mos2/tppa-1，该材料有效的提高了tppa-1的光解水制氢性能，mos2/tppa-1复合材料的光解水产氢效率为1.92～5.58mmol·g^-1·h^-1。

附图说明

图1为mos2/tppa-1材料的x-射线粉末衍射图；

图2为mos2/tppa-1材料的扫描电镜(sem)图；

图3为mos2/tppa-1材料的光解水产氢图。

具体实施方式

下面用实施例对本发明进行进一步说明，这些实施例仅对本发明的方法进行说明，对本发明的适用范围无任何限制。

具体实施方式一：本实施方式的一种mos2/tppa-1材料的制备是按以下步骤完成的：

步骤一、mos2的制备；

步骤二、mos2/tppa-1的制备：将mos2(0.89mg)置于耐热玻璃管中，随后加入n,n-二甲基甲酰胺(3ml)，在超声频率为35～45khz的条件下超声处理3h，随后加入对苯二胺(48mg)和1,3,5-三醛基间苯三酚(63mg)与乙酸水溶液(0.5ml、3mol·l^-1)，在超声频率为35～45khz的条件下超声处理30min，在液氮浴中进行三次冻融循环脱气，密封后于115～125℃中加热72h，过滤并用四氢呋喃洗涤数次，干燥即得mos2/tppa-1(质量比为1:100)复合材料；

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤二中所述的mos2的质量为2.67mg，其他步骤及参数与具体实施方式一相同。得到mos2/tppa-1(质量比为3:100)复合材料；

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤三中所述的mos2的质量为4.45mg，其他步骤及参数与具体实施方式一或二相同。得到mos2/tppa-1(质量比为5:100)复合材料；

为验证本发明的有益效果进行以下试验：

为考察mos2/tppa-1材料催化分解水产氢效果，按以下方法对其进行可见光光催化产氢性能测试。测试过程如下：光催化产氢实验在光催化活性评价在线分析系统进行，反应开始前，打开冷却循环系统，以确保光催化反应温度保持在恒定温度(4℃)，并用真空泵排除体系内空气。300w的xe灯(≥420nm)作为光源，以mos2/tppa-1(10mg)作为光催化剂，抗坏血酸(100mg)为牺牲剂，蒸馏水(50ml)为反应液，在超声频率为35～45khz的条件下超声处理30min使之形成均匀的悬浊液。如图所示，tppa-1在可见光下光解水产氢效率较低，仅为0.172mmol·h^-1·g^-1；而新型的mos2/tppa-1复合材料展现了很好的光催化水解制氢的性能，其光解水产氢效率为1.92～5.58mmol·h^-1·g^-1。

技术特征：

技术总结
一种二硫化钼/TpPa‑1复合材料的制备及光催化分解水制氢，涉及到一种二硫化钼/TpPa‑1复合材料的制备及光催化分解水制氢。本发明提供一种二硫化钼/TpPa‑1复合材料，目的是为了解决现有用于光催化制氢材料在没有贵金属条件下制氢效率不高的问题。方法：一、二硫化钼的制备；二、二硫化钼/TpPa‑1复合材料的制备。本发明的制备过程简单有效，试剂消耗少且产率高；且本发明提供的光催化剂能够有效提高TpPa‑1光解水制氢效率低的问题。本发明应用于光解水制氢领域，实验表明该复合材料具有优异的光解水制氢性能，其光解水产氢效率可达到5.58 mmol·g‑1·h‑1。

技术研发人员：孙晓君;高梦遥;张凤鸣;李长城
受保护的技术使用者：哈尔滨理工大学
技术研发日：2019.07.02
技术公布日：2019.09.24