CN104722316A

CN104722316A - 一种二硫化钼复合纳米金光催化剂及其制备方法

Info

Publication number: CN104722316A
Application number: CN201510136180.0A
Authority: CN
Inventors: 王志明; 林越来; 张平安; 周志华; 牛晓滨; 巫江; 李含冬; 姬海宁
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2015-03-26
Filing date: 2015-03-26
Publication date: 2015-06-24
Anticipated expiration: 2035-03-26
Also published as: CN104722316B

Abstract

本发明提供了一种二硫化钼复合纳米金光催化剂及其制备方法，属于纳米复合光催化剂领域。所述光催化剂由二硫化钼纳米颗粒和金纳米颗粒复合得到，二硫化钼纳米颗粒与金纳米颗粒的摩尔比为(5～20)：1。具体方法为：首先采用水热法制备二硫化钼纳米颗粒；然后将二硫化钼纳米颗粒分散于水中，并滴加氯金酸溶液和抗氧化剂溶液，混合均匀，二硫化钼、氯金酸和抗氧化剂的摩尔比为(5～20)：1：(1～3)；混合液在200～1000W氙灯下光照2～10min，光照中不断搅拌，停止光照后继续搅拌1～5h；分离、洗涤、干燥，得到所述光催化剂。本发明方法操作简单、反应条件温和、重复性好，避免了高温烧结处理，且得到的光催化剂活性高。

Description

一种二硫化钼复合纳米金光催化剂及其制备方法

技术领域

本发明属于纳米复合光催化剂领域，具体涉及一种二硫化钼复合纳米金光催化剂及其制备方法。

背景技术

光催化技术以其易操作、无污染、可直接利用太阳光等优点成为当前太阳能利用的研究热点之一。基于半导体材料的光催化技术在净化水污染、有机合成和光解水制氢等环境与资源的利用方面具有重要的应用，是一种高效、低能耗、洁净、无二次污染的技术。

TiO₂是一种常用的光催化剂，由于其具有光催化活性高、化学性能稳定、安全无毒等优点而被广泛研究和应用。但是，由于二氧化钛的禁带宽度较宽，小于400nm的紫外光的激发下才能显示光催化活性，可利用的太阳光能量仅占太阳光总能量的4％左右。而可见光(400～750nm)占据太阳光总能量的43％，研制和开发高效的可见光光催化剂材料，拓展太阳光吸收的波长范围，成为目前光催化研究领域的研究热点。

二硫化钼因晶体层数不同而呈现不同的禁带宽度，其中多层二硫化钼的禁带宽度为1.2eV，单层二硫化钼的禁带宽度为1.8eV。二硫化钼是一种性能优良的半导体材料，同时作为一种过渡金属层状硫化物，因其良好的光学、电学、润滑以及催化剂等性能引起了人们的广泛关注。纳米级别的二硫化钼边缘结构复杂，具有很高的不饱和性，反应活性高，在光催化剂领域引起了人们的广泛关注。

发明内容

本发明提供了一种二硫化钼复合纳米金光催化剂及其制备方法，解决了现有催化剂制备方法复杂、催化剂活性低等问题。

本发明的技术方案如下：

一种二硫化钼复合纳米金光催化剂，由二硫化钼纳米颗粒和金纳米颗粒复合得到，所述二硫化钼纳米颗粒与金纳米颗粒的摩尔比为(5～20)：1。

一种二硫化钼复合纳米金光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：采用水热法制备二硫化钼纳米颗粒；

步骤2：将步骤1制备得到的二硫化钼纳米颗粒分散于去离子水中，混合均匀，然后滴加氯金酸溶液和抗氧化剂溶液，搅拌混合均匀，其中，二硫化钼、氯金酸和抗氧化剂的摩尔比为(5～20)：1：(1～3)；

步骤3：将步骤2得到的混合液在200～1000W氙灯下进行2～10min的光照处理，光照同时不断搅拌，停止光照后继续搅拌1～5h；

步骤4：步骤3得到的混合液分离、洗涤、干燥，得到的固体粉末即为本发明所述二硫化钼复合纳米金光催化剂。

进一步地，步骤2中所述抗氧化剂为柠檬酸钠、维生素C或半胱氨酸等。

优选地，步骤2中所述抗氧化剂为柠檬酸钠，浓度为0.02mol/L；氯金酸的浓度为0.024mol/L。

本发明的有益效果为：

1、本发明采用光沉积作用制备二硫化钼复合纳米金光催化剂，方法简单、操作性强、反应条件温和、得到的产品纯度高、重复性好；光沉积作用使金纳米颗粒分布均匀、分散性好，形成的二硫化钼与金纳米颗粒复合结构稳定，无需经过退火、煅烧等加固结晶过程；采用低温操作条件，避免了沉积的金纳米颗粒的表面扩散和聚集，操作简单，具有良好的可行性和可重复性。

2、本发明方法中对反应混合液进行一定的光照作用，由于光照作用能在二硫化钼纳米颗粒上产生光生电子，光生电子可以直接将氯金酸还原为金，生成金纳米颗粒附着在二硫化钼表面；而传统的浸渍法和沉淀法中部分附着但未还原的氯金酸需经后续烧结工艺处理，会产生较多的杂质、破坏材料的结构等问题。

3、本发明采用金修饰二硫化钼，改变了催化剂体系中的电子分布，改善了二硫化钼的光催化活性。由于贵金属金的功函数高于二硫化钼，两者结合之后，电子能从二硫化钼表面不断转移到贵金属表面，直到两者的费米能级相等，形成肖特基势垒，抑制光生载流子的复合，从而提高二硫化钼的光催化活性；同时，贵金属金的复合改变了二硫化钼的能带结构，使其更有利于吸收低能量的光子，增加了太阳光的利用率。

附图说明

图1为二硫化钼纳米颗粒与实施例1制得的二硫化钼复合纳米金的扫描电镜图。其中，a为二硫化钼纳米颗粒的扫描电镜；b为实施例1制得的二硫化钼复合纳米金的扫描电镜。

图2为二硫化钼纳米颗粒与实施例制得的二硫化钼复合纳米金的EDS。其中，(a)为二硫化钼纳米颗粒的EDS；(b)为实施例1得到的二硫化钼复合纳米金的EDS；(c)为实施例2得到的二硫化钼复合纳米金的EDS。

具体实施方式

实施例1

步骤1：采用水热法制备二硫化钼纳米颗粒：将0.48g钼酸钠与0.76g硫脲加入40mL去离子水中，搅拌混合均匀，将混合液转移至50mL的聚四氟乙烯内衬中置于高压釜中，将高压釜在240℃下保温24h；冷却后，过滤得到黑色固体，采用去离子水清洗5次，即得到二硫化钼纳米颗粒；

步骤2：取0.04g步骤1制得的二硫化钼纳米颗粒加入20mL去离子水中，搅拌混合均匀，然后逐滴滴加2mL 0.024mol/L的氯金酸溶液和4mL 0.02mol/L的柠檬酸钠溶液，滴加过程中不断搅拌；

步骤3：将步骤2得到的混合液在500W氙灯下光照5min，光照过程中保持持续搅拌，停止光照后继续搅拌2h；

步骤4：将步骤3所得混合液抽滤、水洗，重复抽滤、水洗步骤3次，得到的产物置于真空干燥箱中60℃干燥12h，即得到本发明所述二硫化钼复合纳米金光催化剂。

图1为二硫化钼纳米颗粒与二硫化钼复合纳米金的扫描电镜对比图。由图1可知，二硫化钼纳米颗粒(图1a)表面较光滑，二硫化钼复合纳米金(图1b)表面较粗糙，且表面附着有大量纳米金粒子；附着在二硫化钼表面的金纳米颗粒与二硫化钼形成金半接触，生成一个肖特基势垒，可以促进二硫化钼在光催化反应中产生的光生载流子的分离，提高催化剂的光催化活性。图2为二硫化钼纳米颗粒与二硫化钼复合纳米金的EDS对比。由图2可知，复合后，在9.6千伏的位置上出现了金元素的计数峰，表明二硫化钼表面成功复合了金纳米颗粒。

实施例2

步骤1：采用水热法制备二硫化钼纳米颗粒：将0.48g钼酸钠与0.76g硫脲加入40mL去离子水中，搅拌混合均匀，将混合液转移至50mL的聚四氟乙烯内衬中置于高压釜中，将高压釜在240℃下保温24h；冷却后，过滤得到黑色固体，采用去离子水清洗5次，得到二硫化钼纳米颗粒；

步骤2：取0.05g步骤1制得的二硫化钼纳米颗粒加入20mL去离子水中，搅拌混合均匀，然后再逐滴滴加1mL 0.024mol/L的氯金酸溶液和3mL 0.02mol/L的维生素C，滴加过程中不断搅拌；

步骤3：将步骤2得到的混合液在400W氙灯下光照8min，光照过程中保持持续搅拌，停止光照后继续搅拌4h；

图2(c)为实施例2得到的二硫化钼复合纳米金的EDS。由图2(c)可知，9.6千伏的位置上出现了金元素的计数峰，表明二硫化钼表面成功复合了金纳米颗粒。

Claims

1.一种二硫化钼复合纳米金光催化剂，由二硫化钼纳米颗粒和金纳米颗粒复合得到，所述二硫化钼纳米颗粒与金纳米颗粒的摩尔比为(5～20)：1。

2.一种二硫化钼复合纳米金光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：采用水热法制备二硫化钼纳米颗粒；

3.根据权利要求2所述的二硫化钼复合纳米金光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤2中所述抗氧化剂为柠檬酸钠、维生素C或半胱氨酸。

4.根据权利要求2所述的二硫化钼复合纳米金光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤2中所述抗氧化剂为柠檬酸钠，浓度为0.02mol/L；氯金酸的浓度为0.024mol/L。