CN104759289B - 一种块体WS2敏化TiO2可见光催化剂的制备方法 - Google Patents

一种块体WS2敏化TiO2可见光催化剂的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104759289B
CN104759289B CN201510152844.2A CN201510152844A CN104759289B CN 104759289 B CN104759289 B CN 104759289B CN 201510152844 A CN201510152844 A CN 201510152844A CN 104759289 B CN104759289 B CN 104759289B
Authority
CN
China
Prior art keywords
tio
catalyst
block
visible light
ticl
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201510152844.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104759289A (zh
Inventor
肖新颜
郑莉莉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
South China University of Technology SCUT
Original Assignee
South China University of Technology SCUT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by South China University of Technology SCUT filed Critical South China University of Technology SCUT
Priority to CN201510152844.2A priority Critical patent/CN104759289B/zh
Publication of CN104759289A publication Critical patent/CN104759289A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104759289B publication Critical patent/CN104759289B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Catalysts (AREA)

Abstract

本发明提供了一种块体WS2敏化TiO2可见光催化剂的制备方法。本发明过程采用块体金属硫化物WS2为光敏化剂，TiCl4为钛源，利用溶胶‑凝胶‑醇热法制得了TiO2/WS2复合光催化剂。本发明采用直接块体WS2对TiO2进行敏化修饰，形成了具有特殊核‑壳结构的TiO2/WS2复合光催化剂，促进了光生载流子的分离效率，使得光催化剂在可见光作用下具有较高的光催化活性。TiO2/WS2复合光催化剂在可见光作用下对甲基橙以及重金属铬离子均表现出优良的光催化活性，在有机废水以及重金属废水的净化处理具有重要的应用价值。

Description

一种块体WS2敏化TiO2可见光催化剂的制备方法
技术领域
本发明属于二氧化钛光催化化工技术领域，具体涉及一种块体WS2敏化TiO2可见光催化剂的制备方法。
背景技术
随着社会经济的不断发展，环境污染愈加严重，水污染问题的解决迫在眉睫。半导体纳米材料因具有价格低廉、光催化性能优良等性能成为人们解决环境问题的一个重要途径。TiO2最早由日本科学家 Fujishima和Honda.K以单晶作电极光电解水发现。此后，研究人员对半导体纳米材料的性能进行深入研究，加快了纳米材料在环境治理方面应用的进程。TiO2纳米材料因具有价廉、无毒、化学稳定性好、光催化活性高等优点，被广泛研究并应用于环境污染物的降解。
具有光催化活性的锐钛矿相TiO2能隙为3.2eV，只能吸收太阳光中波长小于385nm的紫外光，太阳光利用率低，此外，TiO2激发产生的电子-空穴对极易发生复合，导致光子效率低。为了促进TiO2纳米材料的实际应用，通过离子掺杂、半导体复合、贵金属沉积及敏化对二氧化钛进行改性，促进TiO2吸收边界向可见光区的有效迁移。
TiO2敏化改性通过将可见光活性物质强吸附于TiO2进行改性，有效提高TiO2对可见光的利用率。窄带隙半导体材料因具有化学稳定性好、耐光蚀性能优良被作为敏化剂进行广泛深入的研究。Wingkei Ho等报道了MoS2和WS2纳米团簇敏化的TiO2具有可见光活性，并对窄带隙半导体敏化改性TiO2机理进行研究分析。Sajjad A.K.L.等采用无模板水热法制备了WO3敏化的TiO2，结果表明较纯态TiO2，WO3/TiO2具有良好的可见光催化活性。YuningHuo等通过在超临界状态下原位硫化得到CdS敏化的TiO2光催化剂，可见光催化活性良好，光生电子-空穴对复合率低。但是已报道的制备方法相对复杂，制备条件苛刻。
发明内容
本发明的目的在于提出一种块体WS2敏化TiO2可见光催化剂的制备方法，其操作简单，具有高可见光活性和高量子效率，降解效率优良。
本发明涉及一种块体WS2敏化TiO2可见光催化剂的制备方法，包括：
(1)配制TiCl4乙醇溶液于100ml烧杯中，再加入块体WS2，室温下超声5～60min，得到混合溶液A；
(2)向混合溶液A中缓慢滴加由六偏磷酸钠、丙三醇和去离子水组成的分散剂5.6ml，超声处理5～20min，得到TiO2/WS2的前驱体溶胶；
(3)将TiO2/WS2的前驱体溶胶转移至25ml的聚四氟乙烯内衬的不锈钢水热反应釜中，设置温度为 140～180℃，水热处理2～6h，反应结束后，自然冷却至室温，取出样品，采用无水乙醇洗涤2～3次，置于鼓风干燥箱中，设置温度为80℃，干燥3～5h，再取出样品，研磨可得TiO2/WS2复合光催化剂。
上述方法中，步骤(1)所述TiCl4乙醇溶液的浓度为0.4mol/L，所述块体WS2的粒径为6μm，所述块体 WS2和TiCl4的摩尔比为0.002～0.02。
上述方法中，步骤(2)所述丙三醇、六偏磷酸钠和去离子水的摩尔比为168:1:8385。
上述方法中，步骤(3)所述TiO2/WS2复合光催化剂在拟太阳光下对甲基橙的光催化降解率≥95.20％。
与现有技术相比，本发明的技术效果体现在：
(1)本发明采用水热法，通过块体WS2作为直接敏化剂敏化TiO2，制备敏化型光催化剂，与同等条件下制备的纯态TiO2比较，TiO2/WS2光催化剂表现出更高的可见光催化活性，表明该TiO2/WS2光催化剂的高催化活性和量子效率；
(2)所制备的TiO2/WS2光催化剂中，在块体WS2表面形成WS2@TiO2核-壳结构，有效促进了光生载流子的分离，提高了光催化剂的催化活性；
(3)所制备的TiO2/WS2光催化剂，在拟太阳光照射下催化降解甲基橙溶液，在黑暗环境下搅拌30min，然后在拟太阳光下催化降解甲基橙，甲基橙降解率≥95.20％。
(4)本发明提供的制备方法操作简单、可重复性强和易于推广。
附图说明
图1为TiO2和不同比例复合得到的WS2/TiO2可见光催化剂的XRD光谱图。
图2a和图2b为WS2/TiO2光催化剂的SEM图，图2c、图2d为不同倍数下WS2/TiO2光催化剂的TEM 图。
图3为WS2/TiO2光催化剂的UV-Vis DRS光谱图。
图4为WS2-TiO2-0.004光催化降解甲基橙浓度随光反应时间的变化。
图5为WS2-TiO2-0.008光催化降解甲基橙浓度随光反应时间的变化。
图6为WS2-TiO2-0.012光催化降解甲基橙浓度随光反应时间的变化。
具体实施方式
为进一步说明本发明，描述以下实施例。实施例作为本发明的技术方案而非限制。
实施例1
(1)配制20mL 0.4mol/L的TiCl4乙醇溶液于100ml烧杯中，按照WS2:TiO2＝0.004的摩尔比向其中加入 0.0079g块体WS2，室温下超声5min，得到混合溶液A；
(2)向混合溶液A中缓慢滴加由六偏磷酸钠、丙三醇和去离子水组成的分散剂5.6ml，超声处理10min，得到TiO2/WS2的前驱体溶胶；
(3)将TiO2/WS2前驱体溶胶转移至25ml的聚四氟乙烯内衬的不锈钢水热反应釜中，设置温度为140℃，水热处理反应时间为3h。反应结束后，自然冷却至室温，样品采用无水乙醇洗涤2次，置于鼓风干燥箱中，设置温度为80℃，干燥5h，取出样品，研磨后可得TiO2/WS2复合光催化剂。
实施例2
(1)配制20mL 0.4mol/L的TiCl4乙醇溶液于100ml烧杯中，按照WS2:TiO2＝0.008的摩尔比向其中加入 0.0016g块体WS2，室温下超声5min，得到混合溶液A；
(2)向混合溶液A中缓慢滴加由六偏磷酸钠、丙三醇和去离子水组成的分散剂5.6ml，超声处理10min，得到TiO2/WS2的前驱体溶胶；
(3)将TiO2/WS2前驱体溶胶转移至25ml的聚四氟乙烯内衬的不锈钢水热反应釜中，设置温度为140℃，水热处理反应时间为3h。反应结束后，自然冷却至室温，样品采用无水乙醇洗涤2次，置于鼓风干燥箱中，设置温度为80℃，干燥5h，取出样品，研磨后可得WS2-TiO2-0.008复合光催化剂。所制备的光催化剂在拟太阳光下具有优异光催化活性，由于WS2掺入量大于最佳掺入量，导致光催化甲基橙的降解率为93.22％(如图5)。
实施例3
(1)配制20mL 0.4mol/L的TiCl4乙醇溶液于100ml烧杯中，按照WS2:TiO2＝0.012的摩尔比向其中加入 0.0238g块体WS2，室温下超声5min，得到混合溶液A；
(2)向混合溶液A中缓慢滴加由六偏磷酸钠、丙三醇和去离子水组成的分散剂5.6ml，超声处理10min，得到TiO2/WS2的前驱体溶胶；
(3)将TiO2/WS2前驱体溶胶转移至25ml的聚四氟乙烯内衬的不锈钢水热反应釜中，设置温度为140℃，水热处理反应时间为3h。反应结束后，自然冷却至室温，样品采用无水乙醇洗涤2次，置于鼓风干燥箱中，设置温度为80℃，干燥5h，取出样品，研磨后可得WS2-TiO2-0.012复合光催化剂。所制得的光催化剂较纯态TiO2在拟太阳光下具有良好的光降解能力，但由于WS2掺入量过多，导致光催化降解体系中光的通透性降低，60min光照条件下甲基橙降解率为87.75％(如图6)。
根据所述实施例制备的催化剂进行结果分析：
1.不同摩尔百分比(TiO2、WS2-TiO2-0.004和WS2-TiO2-0.02)复合得到的WS2/TiO2可见光催化剂的XRD谱，分别如图1中的a、b和c所示。在该条件下制备的TiO2和TiO2/WS2粉体为锐钛矿型，随着WS2掺入量增加，锐钛矿晶型强度减弱，由谢乐公式计算粉体TiO2、WS2-TiO2-0.004和WS2-TiO2-0.02粒径分别为10.4nm、9.0nm和9.3nm。
2.WS2/TiO2光催化剂的SEM(a,b)和TEM(c,d)电镜图，如图2所示。图2a中块体层状物质为WS2，纳米颗粒为TiO2，大多数块体WS2被TiO2纳米颗粒包裹，表面粗糙，少数未被包裹的WS2表面光洁。图 2b为块体WS2表面的SEM图，TiO2紧密排布在WS2表面，颗粒之间生成孔隙，有利于光催化反应中甲基橙的吸附与降解。图2c和图2d为不规则的样品颗粒，颗粒中央深色部分被周围浅色部分包覆，为纳米TiO2包覆纳米WS2的核-壳结构。这种结构的形成促进了光催化剂对太阳光的利用率和光生载流子分离效率。
3.TiO2和WS2/TiO2光催化剂的UV-Vis DRS光谱图，如图3所示。在该条件下制备的块体WS2敏化的TiO2粉体在200～800nm有强吸收，同等条件下制备的纯TiO2在400nm以下的紫外光区有吸收。窄带隙半导体材料WS2与TiO2复合，有效提高了TiO2对可见光的利用率。
4.拟太阳光下对甲基橙降解测试
TiO2/WS2拟太阳光催化活性测试：以甲基橙水溶液为拟降解污染物，在500W氙灯拟太阳光照射下，通过检测甲基橙浓度随反应时间的变化分析光催化剂的可见光催化活性。
甲基橙的初始浓度为20mg/L，溶液体积为250mL，催化剂的浓度为0.2g/L，采用500W氙灯作为拟太阳光光源。实验前在黑暗环境中搅拌30min，达到吸附平衡后开始光照，每隔10min取样1次，采用紫外-可见分光光度计检测甲基橙的浓度，以同等条件下制备的TiO2作为对照。如图4所示，在光照60min 后，TiO2/WS2对甲基橙的降解率为95.20％左右，而同等条件下，纯态TiO2对甲基橙的降解率只有35.0％，表明TiO2/WS2对太阳光具有较高的利用率。
将块体WS2和TiCl4的摩尔比确定为0.002～0.2范围内保证块体WS2复合量的适宜。因为复合量过少效果不明显，而复合量过多，过量的块体WS2降低光催化降解体系光的通透性，导致光催化效率降低。

Claims (1)

1.一种块体WS2敏化TiO2可见光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）配制TiCl4乙醇溶液于烧杯中，再加入块体WS2，室温下超声5 ~ 60 min，得到混合溶液A；
（2）向混合溶液A中缓慢滴加由六偏磷酸钠、丙三醇和去离子水组成的分散剂，超声处理5~20 min，得到TiO2/WS2的前驱体溶胶；
（3）将TiO2/WS2的前驱体溶胶转移至水热反应釜中，设置温度为140~180 ℃，水热处理2~6 h，反应结束后，自然冷却至室温，取出样品，采用无水乙醇洗涤2~3次，置于鼓风干燥箱中，设置温度为80℃，干燥3~5 h，再取出样品，研磨可得TiO2/WS2复合光催化剂；
步骤（1）所述TiCl4乙醇溶液浓度为0.4 mol/L，所述块体WS2的粒径为6 μm，所述块体WS2和TiCl4的摩尔比为0.002 ~ 0.02；
步骤（2）所述丙三醇、六偏磷酸钠和去离子水的摩尔比为168: 1: 8385；
步骤（3）所述TiO2/WS2复合光催化剂在拟太阳光下对甲基橙的光催化降解率≥95.20%。
CN201510152844.2A 2015-03-31 2015-03-31 一种块体WS2敏化TiO2可见光催化剂的制备方法 Expired - Fee Related CN104759289B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510152844.2A CN104759289B (zh) 2015-03-31 2015-03-31 一种块体WS2敏化TiO2可见光催化剂的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510152844.2A CN104759289B (zh) 2015-03-31 2015-03-31 一种块体WS2敏化TiO2可见光催化剂的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104759289A CN104759289A (zh) 2015-07-08
CN104759289B true CN104759289B (zh) 2017-08-25

Family

ID=53641575

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510152844.2A Expired - Fee Related CN104759289B (zh) 2015-03-31 2015-03-31 一种块体WS2敏化TiO2可见光催化剂的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104759289B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105126874B (zh) * 2015-07-16 2017-11-14 合肥学院 一种二硫化钨/二氧化钛复合物及其制备方法
CN105435827B (zh) * 2015-12-20 2018-09-14 华南理工大学 具有可见光活性的三元体系TiO2/WS2/g-C3N4复合光催化剂的制备方法
CN105536820A (zh) * 2015-12-20 2016-05-04 华南理工大学 用于去除水体中Cr的可见光活性的TiO2/Cu2S复合光催化剂的制备方法
CN105688940A (zh) * 2016-02-29 2016-06-22 山东科技大学 一种硫化钨纳米片/二氧化钛纳米带复合材料及其制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101515506A (zh) * 2009-04-08 2009-08-26 哈尔滨工业大学 Bi2S3量子点敏化TiO2薄膜电极的制备方法
CN103962159A (zh) * 2014-05-15 2014-08-06 上海理工大学 一种光催化剂及其制备方法和应用

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101515506A (zh) * 2009-04-08 2009-08-26 哈尔滨工业大学 Bi2S3量子点敏化TiO2薄膜电极的制备方法
CN103962159A (zh) * 2014-05-15 2014-08-06 上海理工大学 一种光催化剂及其制备方法和应用

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Chemically exfoliated metallic MoS2 nanosheets A promising supporting co-catalyst for enhancing the photocatalytic performance of TiO2 nanocrystals;Song Bai等;《Nano Research》;20141106;第8卷(第1期);第2.2节，第178页右栏最后1段，第180页左栏第1段 *
Hydrothermal synthesis, characterization and optical absorption property of nanoscale WS2/TiO2 composites;Shixiu Cao等;《Physica E》;20141226;第68卷;第2.1，3.2节 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN104759289A (zh) 2015-07-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Feng et al. 3D MXene/Ag2S material as Schottky junction catalyst with stable and enhanced photocatalytic activity and photocorrosion resistance
Yu et al. Novel Fe2 (MoO4) 3/g-C3N4 heterojunction for efficient contaminant removal and hydrogen production under visible light irradiation
CN101791565B (zh) 一种TiO2@石墨相氮化碳异质结复合光催化剂及其制备方法
CN103143380B (zh) 以溶剂挥发法醇溶剂制备石墨相氮化碳/{001}面暴露锐钛矿相二氧化钛纳米复合材料
Xu et al. Study on highly visible light active Bi-doped TiO2 composite hollow sphere
Ao et al. Preparation of graphene oxide–Ag3PO4 composite photocatalyst with high visible light photocatalytic activity
Xie et al. Characterization and photocatalysis of Eu3+–TiO2 sol in the hydrosol reaction system
CN103934012B (zh) SnS2/g-C3N4复合纳米片光催化剂及制备方法
Liu et al. One-step synthesis of metallic Bi deposited Bi2WO6 nanoclusters for enhanced photocatalytic performance: An experimental and DFT study
CN104801328B (zh) 一种低温制备TiO2/g‑C3N4复合光催化剂的方法
CN104759289B (zh) 一种块体WS2敏化TiO2可见光催化剂的制备方法
CN103599802A (zh) 一种磷酸银/石墨烯纳米复合材料的制备方法
Liu et al. Fabrication of highly efficient heterostructured Ag-CeO2/g-C3N4 hybrid photocatalyst with enhanced visible-light photocatalytic activity
Liu et al. Preparation of α-Fe2O3–TiO2/fly ash cenospheres photocatalyst and its mechanism of photocatalytic degradation
CN104707542A (zh) 一种光催化剂/SiO2复合气凝胶材料及其制备方法
CN105435827A (zh) 具有可见光活性的三元体系TiO2/WS2/g-C3N4复合光催化剂的制备方法
Tian et al. Photothermal enhancement of highly efficient photocatalysis with bioinspired thermal radiation balance characteristics
Jin et al. High photocatalytic activity of spent coffee grounds derived activated carbon-supported Ag/TiO2 catalyst for degradation of organic dyes and antibiotics
CN103785429B (zh) 一种磷酸银/石墨烯/二氧化钛纳米复合材料及制备方法
Yu et al. Construction of rutile/anatase TiO2 homojunction and metal-support interaction in Au/TiO2 for visible photocatalytic water splitting and degradation of methylene blue
Kalikeri et al. Visible light active Bismuth ferrite embedded TiO2 nanocomposite structures for dye mineralization by photocatalysis-A strategy to harness solar energy for remediation of water contaminated with mixture of dyes
Wu et al. Fabrication of Bi2MoO6/g-C3N4 visible-light driven photocatalyst for enhanced tetracycline degradation
Wu et al. The construction of photonic crystal/Cu2+ doped TiO2-SiO2 multilayer structured film for enhanced visible light photocatalytic performance: The synergistic effect between the different layers
Liu et al. Optimal monolayer WO3 nanosheets/TiO2 heterostructure and its photocatalytic performance under solar light
Zhai et al. Applications of Cu2O octahedral particles on ITO glass in photocatalytic degradation of dye pollutants under a halogen tungsten lamp

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
EXSB Decision made by sipo to initiate substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20170825

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee