二氧化钛/二硫化钼异质结构材料的制备方法及应用与流程

本发明属于光催化降解技术领域，尤其涉及一种tio2/mos2异质结构材料的制备方法及应用。

背景技术：

近年来，半导体光催化剂因其在缓解能源危机、降低环境污染等方面的高效作用而受到越来越多的关注。tio2是一种n型光催化半导体，能有效分离电子和空穴。此外，它具有良好的化学和物理稳定性，较低的成本，且无毒，因此在各种领域有广泛的应用，如自清洗和降解有害化合物。然而，tio2的主要缺点是带隙较大(3.2ev)，由于可利用的紫外光有限，所以大大限制了光催化性能。另外，纯tio2通常电荷分离率不高，因而光催化活性相对较低。研究人员提高光催化性能的方法包括调控材料尺寸大小、结晶度和形貌(如零维的纳米颗粒，一维结构的纳米棒和纳米管，二维结构的纳米片和三维结构的球等)，以及异质结构的可控设计等。这些纳米结构可以同时实现较大的比表面积和匹配能级的核壳结构等异质结构。此外，还有相关报道掺杂ag2o、贵金属和mos2等助催化剂的tio2基光催化剂，可以拓宽从紫外(uv)到紫外-可见(uv-vis)的光吸收范围，提高电荷分离效率。

作为典型的层状过渡金属硫化物之一的mos2，在范德华力作用下由三个原子层(s-mo-s)叠加而成，被报道为类铂材料，由于其独特的电子、光学和催化性能，作为助催化剂对提高光催化性能非常有利。此外，具有更多边缘的mos2层数越少，对电子的接受越好，对光催化反应的活性位点越多。近年来，通过电化学沉积、热分解和水热法制备了多种形貌的mos2纳米材料。然而，不规则的纳米颗粒聚集体或多层堆叠的mos2，在很大程度上限制了光催化性能。因此，制备具有增强光催化活性的多相结构mos2基光催化剂仍是一个挑战。近年来，cds/mos2、石墨烯/mos2等基于mos2的光催化剂以及形貌各异的tio2/mos2异质结构(包括纳米颗粒、纳米带、纳米线等)作为催化剂可以增强光催化活性。同时，构建新型核壳型tio2/mos2纳米结构也是开发比表面积高、活性位点多的光催化剂的有效途径。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：由于不规则的纳米颗粒聚集体或多层堆叠的mos2，导致暴露的活性位点少，从而在很大程度上限制了光催化性能。负载少层mos2是一种提高更多活性位点的良好方法。为了避免mos2纳米颗粒聚集体或多层堆叠，本发明合成了少层mos2负载的tio2/mos2异质结构材料。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种tio2/mos2异质结构材料的制备方法及应用。

本发明是这样实现的，一种tio2/mos2异质结构材料的制备方法，所述tio2/mos2异质结构材料的制备方法包括：

钛酸四丁酯在有机酸的溶剂热作用下水解，将离心洗涤干净的tio2纳米粒子放入烘箱中烘干待用；

在室温下将烘干的tio2纳米粒子超声分散于乙醇和水的混合溶剂中，在连续不断搅拌下依次加入na2moo4·4h2o和氨基酸；

将分散良好的溶液转移到特氟龙不锈钢高压反应釜中，将反应釜放入烘箱中加热；

待反应釜冷却至室温后，离心洗涤得到黑色沉淀物，分别用无水乙醇和水超声分散离心洗涤，收集tio2/mos2异质结构材料。

本发明的另一目的在于提供一种由所述tio2/mos2异质结构材料的制备方法制备的tio2/mos2异质结构材料。

本发明的另一目的在于提供一种光催化降解的方法，所述光催化降解的方法使用所述的tio2/mos2异质结构材料。

本发明的另一目的在于提供一种光电子传输方法，所述异质结构材料使用所述的tio2/mos2异质结构材料。

本发明的另一目的在于提供一种光催化产氧方法，所述光催化产氧方法使用所述的tio2/mos2异质结构材料。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明的方法简单，成本低廉；以氨基酸为硫源，通过两步法在tio2核上负载少层均匀的mos2即可得到tio2/mos2异质结构材料，有望在更广泛的新兴领域发挥重要作用，如光催化降解等领域。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的tio2/mos2异质结构材料的制备方法流程图。

图2是本发明实施例提供的实施例1制备的tio2/mos2异质结构材料的x射线衍射图谱。

图3是本发明实施例提供的实施例1制备的tio2/mos2异质结构材料的sem图。

图4是本发明实施例提供的实施例1制备的tio2/mos2异质结构材料的tem图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种tio2/mos2异质结构材料的制备方法及应用，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1所示，本发明提供的tio2/mos2异质结构材料的制备方法包括以下步骤：

s101：钛酸四丁酯在有机酸的溶剂热作用下水解，将离心洗涤干净的tio2纳米粒子放入60℃的烘箱中烘干待用；

s102：在室温下将烘干的tio2纳米粒子超声分散于乙醇和水的混合溶剂中，在连续不断搅拌下依次加入na2moo4·4h2o和氨基酸；

s103：将分散良好的溶液转移到特氟龙不锈钢高压反应釜中，将反应釜放入200℃烘箱中加热24h；

s104：待反应釜冷却至室温后，离心洗涤得到黑色沉淀物，分别用无水乙醇和水超声分散离心洗涤3次，收集tio2/mos2异质结构材料。

本发明提供的tio2/mos2异质结构材料的制备方法业内的普通技术人员还可以采用其他的步骤实施，图1的本发明提供的tio2/mos2异质结构材料的制备方法仅仅是一个具体实施例而已。

本发明提供的tio2/mos2异质结构材料的制备方法具体包括以下步骤：

(a)合成tio2纳米粒子：

首先，将1-5ml的钛酸四丁酯逐滴滴加到5-25ml的有机酸中，然后加入0.5-5ml的去离子水引发钛酸四丁酯的水解，水解过程中，有机酸的体积和去离子水的体积的质量分数两者的比为20：x，其中1≤x≤15。然后，将混合溶液在室温下快速搅拌10分钟，然后将其转移到不锈钢高压反应釜中，然后将高压反应釜放入100-200℃的烘箱中加热6-24h。待高压反应釜温度冷却至室温，离心洗涤收集得到的白色沉淀物。最后，用乙醇和水在转速为5000-12000转/min下离心洗涤1-10分钟，收集产物即可得到tio2纳米粒子。

(b)合成tio2/mos2异质结构材料：

在室温下，将烘干的tio2纳米粒子超声分散于乙醇和水的混合溶剂(乙醇和水的比例为1：y，其中1<y<5)中，在连续不断搅拌下依次加入na2moo4·4h2o和氨基酸。然后，将分散良好的溶液转移到特氟龙不锈钢高压反应釜中，然后将反应釜放入200℃烘箱中加热24h。待反应釜冷却至室温后，离心洗涤得到黑色沉淀物，分别用无水乙醇和水超声分散离心洗涤3次，收集tio2/mos2异质结构材料。

有机酸体积和超纯水体积质量分数两者的比为20：x，其中1≤x≤15。

有机酸为甲酸、乙二酸或乙酸中的一种。

所述混合溶剂中乙醇和水的比例为1：y，其中1<y<5。

氨基酸为甘氨酸、半胱氨酸和天冬氨酸中的任意一种。

离心收集时，转速为5000-12000转/min，离心时间为1-10分钟。

下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步的描述。

实施例1

本发明提供的tio2/mos2异质结构材料的制备方法：首先，将2ml的钛酸四丁酯逐滴滴加到20ml的乙酸中，然后加入0.5ml的去离子水引发钛酸四丁酯的水解。然后，将混合溶液在室温下快速搅拌10分钟，然后将其转移到不锈钢高压反应釜中，然后将高压反应釜放入160℃的烘箱中加热24h。待高压反应釜温度冷却至室温，离心洗涤得到的白色沉淀物。最后，用乙醇和水在转速为12000转/min下离心洗涤5分钟，收集产物即可得到tio2纳米粒子。在室温下，将100mg烘干的tio2纳米粒子超声分散于乙醇和水的混合溶剂(乙醇和水的比例为1：1)中，在连续不断搅拌下依次加入0.3gna2moo4·4h2o和1.25g甘氨酸。然后，将分散良好的溶液转移到特氟龙不锈钢高压反应釜中，将反应釜放入200℃烘箱中加热24h。待反应釜冷却至室温后，离心洗涤得到黑色沉淀物，分别用无水乙醇和水超声分散离心洗涤3次，收集tio2/mos2异质结构材料。

实施例2

本发明提供的tio2/mos2异质结构材料的制备方法首先，将1ml的钛酸四丁酯逐滴滴加到20ml的甲酸中，然后加入1ml的去离子水引发钛酸四丁酯的水解。然后，将混合溶液在室温下快速搅拌20分钟，然后将其转移到不锈钢高压反应釜中，然后将高压反应釜放入150℃的烘箱中加热12h。待高压反应釜温度冷却至室温，离心洗涤得到的白色沉淀物。最后，用乙醇和水在转速为8000转/min下离心洗涤5分钟，收集产物即可得到tio2纳米粒子。在室温下，将100mg烘干的tio2纳米粒子超声分散于乙醇和水的混合溶剂(乙醇和水的比例为1：2)中，在连续不断搅拌下依次加入0.3gna2moo4·4h2o和1.25g天冬氨酸。然后，将分散良好的溶液转移到特氟龙不锈钢高压反应釜中，将反应釜放入200℃烘箱中加热24h。待反应釜冷却至室温后，离心洗涤得到黑色沉淀物，分别用无水乙醇和水超声分散离心洗涤3次，收集tio2/mos2异质结构材料。

实施例3

本发明提供的tio2/mos2异质结构材料的制备方法首先，将1ml的钛酸四丁酯逐滴滴加到20ml的乙二酸中，然后加入0.5ml的去离子水引发钛酸四丁酯的水解。然后，将混合溶液在室温下快速搅拌10分钟，然后将其转移到不锈钢高压反应釜中，然后将高压反应釜放入120℃的烘箱中加热24h。待高压反应釜温度冷却至室温，离心洗涤得到的白色沉淀物。最后，用乙醇和水在转速为8000转/min下离心洗涤5分钟，收集产物即可得到tio2纳米粒子。在室温下，将100mg烘干的tio2纳米粒子超声分散于乙醇和水的混合溶剂(乙醇和水的比例为1：2)中，在连续不断搅拌下依次加入0.3gna2moo4·4h2o和1.25g半胱氨酸。然后，将分散良好的溶液转移到特氟龙不锈钢高压反应釜中，将反应釜放入200℃烘箱中加热24h。待反应釜冷却至室温后，离心洗涤得到黑色沉淀物，分别用无水乙醇和水超声分散离心洗涤3次，收集tio2/mos2异质结构材料。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。