CN104511290A - 一种可见光催化剂纳米球状MoSe2材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种可见光催化剂纳米球状MoSe2材料的制备方法，包括以下步骤：称取钼酸钠和有机硒源硒氰基乙酸钠，将钼酸钠溶解于去离子水中制得钼酸钠溶液，将硒氰基乙酸钠溶解于乙二醇中制得硒氰基乙酸钠溶液，将钼酸钠溶液与硒氰基乙酸钠溶液进行混合并充分搅拌，直至溶液澄清并充分混合均匀，制得混合液；将混合液转移至内衬为聚四氟乙烯的高压反应釜中，水浴加热，得到反应产物；将反应产物通过离心机离心，收集下层沉淀物，并用去离子水、乙醇洗涤；所洗涤后的产物烘干，再利用真空管式炉在惰性氛围下退火处理，即可制得纳米球状MoSe2材料。本发明解决了现有技术中的不足，其生产过程安全环保，特别适合于大规模的工业生产。

Description

一种可见光催化剂纳米球状MoSe2材料的制备方法
技术领域
本发明提供了一种可见光催化纳米球状MoSe2材料的制备方法，及其在光催化领域中的应用，属于纳米材料技术领域。
背景技术
自从1970年代以来，不断恶化的环境污染和能源短缺增加了潜在的全球危机意识。为了人类社会的可持续发展，发展无污染的环境修复技术和替代清洁能源供应是一个紧迫的任务。在各种各样的绿色地球和可再生能源项目进行中，半导体光催化成为最有前景的技术之一。
而将光催化反应应用在环境保护和清洁能源等实际应用中，一个最为核心的任务就是开发在自然光下太阳能利用率高的光催化材料。在过去的几十年，科学研究过多的关注在以金属元素为基础的金属氧化物，而对于金属硒化物的研究潜能很少被考虑。而过渡型金属硫族化物(包括MSx和MSex，M代表过渡型金属元素)有多样的物理性质和化学性质，物理性质如半导体性，超导性，金属性，磁性等，化学性质如光催化性。因此，制备和研究这类物质的性能逐渐成为近期研究的热点。
MoSe2是过渡族金属硒化物的一种，它是最近几年兴起的一种新型纳米材料，它的半导体性可应用在光电和光电子方面。它具有层状结构，Mo原子与Se原子之间以较强的共价键作用结合，而层与层之间则依靠较弱的范德华力进行连接。另外，MoSe2纳米材料在不同种类的催化，润滑剂，摩擦性能方面都有应用，并且能够有效地促进太阳能转换成电能。
然而MoSe2无论在合成方法还是应用方面都处于起步阶段。就目前合成方法看，主要存在着如下问题：①在实验过程中普遍使用单质硒粉为硒源，对于两相反应时，不能很好接触，而使反应不能有效进行；②实验过程中采用H2或水合肼为还原剂，存在一定危险性，且产物产量低，纯度低，尺寸范围宽等。因此，开创新的过渡族金属MoSe2的制备方法，克服现有方法的缺点成为当前研究的热点。
发明内容
本发明提供了一种可见光催化剂纳米球状MoSe2材料的制备方法，解决了背景技术中的不足，其生产过程安全环保，特别适合于大规模的工业生产。
实现本发明上述目的所采用的技术方案为：
一种可见光催化剂纳米球状MoSe2材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)、按照1：2～3的摩尔比称取钼酸钠和有机硒源硒氰基乙酸钠，将钼酸钠溶解于去离子水中制得浓度为0.8～1.4moL/L的钼酸钠溶液，将硒氰基乙酸钠溶解于乙二醇中制得浓度为1.6～4.2moL/L的硒氰基乙酸钠溶液，将钼酸钠溶液与硒氰基乙酸钠溶液进行混合并充分搅拌，直至溶液澄清并充分混合均匀，制得混合液；
(2)、将混合液转移至内衬为聚四氟乙烯的高压反应釜中，在180℃～210℃的条件下水浴加热24～72h，得到反应产物；
(3)、将反应产物通过离心机离心，收集下层沉淀物，并用去离子水、乙醇洗涤；
(4)、所洗涤后的产物烘干，再利用真空管式炉在惰性氛围、300～550℃的条件下退火处理，即可制得可见光催化剂纳米球状MoSe2材料。
步骤(4)中所述的惰性氛围为氩气或氮气。
本发明中将纳米球状MoSe2材料加入到100mL的浓度为20ppm的罗丹明B溶液中，然后将混合物溶液置于黑暗条件下暗处理磁搅拌1h，使其达到吸附平衡，再加入5～10mL H2O2,或者不加。最后在波长大于420nm的可将光的滤波片照射下进行可见光的光催化反应。反应过程中每隔10min取出10mL悬浮样品，然后通过离心机离心分离，而将得到的上层清液通过紫外分光光度计测其相应的吸光度值。经测试，在可见光照射下，双氧水存在体系中呈现出优良的光催化性能。
与现有技术相比，本发明利用简单的低温水热法制备MoSe2纳米微粒，生产过程安全环保，特别适合于大规模的工业生产。此外，利用此方法制备得到的可见光催化剂MoSe2纳米微粒具有好的结晶度，纯度高。
附图说明
图1为本发明实施例所提供的纳米球状MoSe2材料的XRD图；
图2为本发明实施例所提供的纳米球状MoSe2材料的SEM图和TEM图；
图3为本发明实施例所提供的纳米球状MoSe2材料的光催化性能曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细具体的说明，但是本发明的保护范围并不局限于以下实施例。
实施例1
本实施例中所提供的可见光催化剂纳米球状MoSe2材料的制备方法如下：将0.02mol Na2MoO4分散在25mL水中，连续搅拌形成清澈溶液，另一个烧杯中将0.04mol的有机硒源—硒氰基乙酸钠溶解到25mL的乙二醇中；室温下将二者进行混合，将混合液进行磁搅拌30min，使其混合均匀，然后转入到100mL高压反应釜中，210℃条件下反应24h；将反应后得到的产物通过离心机在7000rpm的离心速率下离心5min，倒掉上层溶液，将得到的下层沉淀物用水、乙醇洗至少3次；所洗涤后的产物真空干燥过夜，再利用真空管式炉在Ar氛围、450℃的条件下退火处理10h，即可制得可见光催化剂纳米球状MoSe2材料。
附图1为本实施例产物在210℃水热处理24h后的X射线衍射(XRD)图，由图可知产物为结晶性较好的MoSe2，且不存在其他杂质相。
附图2为本实施例产物的扫描电镜(SEM)和投射电镜(TEM)图片，由图可见所制备的MoSe2呈球状，这些球由不规则的纳米级片层聚合而成，且所制备的MoSe2尺寸均一、分布均匀。
下面测试本实施例中所制备的光催化剂MoSe2纳米微粒的催化性能。
将本实施例中50mg的MoSe2光催化剂加入到100mL的浓度为20ppm的罗丹明B溶液中，然后将混合物溶液置于黑暗条件下进行磁搅拌1h，使其达到吸附平衡，再加入5mL H2O2最后在波长大于420nm的可将光的滤波片照射下进行可见光的光催化反应。反应过程中每隔10min钟取出10mL悬浮样品，然后通过离心机在3000rpm的离心速率下离心5min，将悬浮物离心至离心管底部，而将得到的上层清液通过紫外分光光度计测其相应的吸光度值。实施例中以不加入光催化剂，其他步骤相同作为对比试验。
由Lamber-Beer定律可知，罗丹明B溶液的浓度与其在特征吸收波长的吸光度的强弱成正比关系，因此，我们可以通过检测光催化过程中溶液的吸光度值的变化对光催化降解速率进行定量分析，然后再以降解率(R)来衡量光催化剂MoSe2的光催化效果。
R＝[(A0-A)/A0]×100％
式中A0为光照前的吸光度；A是光照时间为t时刻的吸光度。
纳米光催化材料MoSe2催化罗丹明B的降解结果如图3所示，可以看出，虽然在只有MoSe2时，在可见光条件下，罗丹明B几乎不降解；在不加入光催化剂MoSe2只加入5mLH2O2时，在可见光条件下罗丹明B几乎没有降解。而在反应体系中加入5mLH2O2后，在短短的40min内，罗丹明B的降解率达到90％以上。由此可见，本发明在H2O2存在的条件下，在可见光作用下MoSe2呈现良好的催化性能。这为MoSe2在可见光条件下的催化奠定了很好的基础。
实施例2
本实施例中所提供的可见光催化剂纳米球状MoSe2材料的制备方法如下：将0.03molNa2MoO4分散在25mL水中，连续搅拌形成清澈溶液，另一个烧杯中将0.09mol的有机硒源—硒氰基乙酸钠溶解到25mL的乙二醇中；室温下将二者进行混合，将混合液进行磁搅拌30min，使其混合均匀，然后转入到100mL高压反应釜中，180℃条件下反应65h；将反应后得到的产物通过离心机在7000rpm的离心速率下离心5min，倒掉上层溶液，将得到的下层沉淀物用水、乙醇洗至少3次；所洗涤后的产物真空干燥过夜，再利用真空管式炉在Ar氛围、350℃的条件下退火处理12h，即可制得可见光催化剂纳米球状MoSe2材料。

Claims (2)

1.一种可见光催化剂纳米球状MoSe2材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)、按照1：2～3的摩尔比称取钼酸钠和有机硒源硒氰基乙酸钠，将钼酸钠溶解于去离子水中制得浓度为0.8～1.4moL/L钼酸钠溶液，将硒氰基乙酸钠溶解于乙二醇中制得浓度为1.6～4.2moL/L硒氰基乙酸钠溶液，将钼酸钠溶液与硒氰基乙酸钠溶液进行混合并充分搅拌，直至溶液澄清并充分混合均匀，制得混合液；
(2)、将混合液转移至内衬为聚四氟乙烯的高压反应釜中，在180℃～210℃的条件下水浴加热24～72h，得到反应产物；
(3)、将反应产物通过离心机离心，收集下层沉淀物，并用去离子水、乙醇洗涤；
(4)、所洗涤后的产物烘干，再利用真空管式炉在惰性氛围、300～550℃的条件下退火处理，即可制得可见光催化剂纳米球状MoSe2材料。
2.根据权利要求1所述的可见光催化剂纳米球状MoSe2材料的制备方法，其特征在于：步骤(4)中所述的惰性氛围为氩气或氮气。
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