CN108569721A - 一种MoS2@g-C3N4核壳纳米球及其制备方法 - Google Patents

一种MoS2@g-C3N4核壳纳米球及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种MoS2@g‑C3N4核壳纳米球及其制备方法，属于催化材料和纳米材料制备技术领域。先将以二水钼酸钠、脲和PVP为原料配制混合溶液，通过水热反应得到MoS2纳米球；然后超声分散MoS2和g‑C3N4通过静电吸附的方法得到MoS2@g‑C3N4核壳纳米球。该材料是由尺寸大小均一的MoS2@g‑C3N4核壳纳米球组成的，核壳纳米球直径约为240‑260nm。本发明所用原材料低廉易得，制备方法简单易操作，条件温和，设备要求低是一种环保的制备方法。制备的MoS2@g‑C3N4核壳纳米球可用于光、电、储能、催化等领域。

Description

一种MoS2@g-C3N4核壳纳米球及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种MoS2@g-C3N4核壳纳米球及其制备方法，属于催化材料和纳米材料制备技术领域，特别涉及到具有核壳结构的MoS2@g-C3N4材料的制备方法。
背景技术
纳米组装技术是一种重要的制备新型多功能材料的方法，其中核壳型复合材料集两种或多种材料的优点于一体，可以通过改变核壳的结构对材料的物理性质和光电化学性质进行调控，目前已经应用到半导体材料、药物输送和生物技术等领域当中，具有潜在的应用价值，因此受到人们的广泛关注。由于过渡金属硫化合物具有和石墨烯类似的晶体结构，已经成为了研究热点。其中MoS2因其带隙可调节、优异的物理和电子性质被认为是最有前途的半导体。目前已有很多研究关于MoS2与其他材料结合形成复合材料。Chang(K.Chang,Z.Mei,T.Wang,Q.Kang,S.Ouyang,J.Ye,ACS Nano,2014,8,7078-7087)合成了具有层状结构的MoS2/石墨烯纳米片。Li(Honglin Li,Ke Yu,Xiang Lei,Bangjun Guo,Hao Fu,andZiqiang Zhu,J.Phys.Chem.C,2015,119,22681-22689)制备出具有BiVO4的三维MoS2纳米花材料。Zhang(L.Zhang,H.B.Wu,Y.Yan,X.Wang,X.W.Lou,Energy Environ.Sci.,2014,7,3302-3306)合成了三维盒状结构的MoS2。但是将三维MoS2纳米球与g-C3N4结合制备出核壳纳米球鲜有报道。
发明内容
本发明要解决的技术问题是一种制备MoS2@g-C3N4核壳纳米球的方法。具体是利用水热反应和超声静电粘附方法，通过水热法得到MoS2纳米球，再通过超声静电粘附方法将g-C3N4裹在球的表面形成核壳结构，得到直径为240-260nm的MoS2@g-C3N4核壳纳米球。所用原材料价格低廉易得，制备方法和实验操作简单，条件温和，设备要求低，是一种环保简易的制备方法。
本发明的技术方案：
一种MoS2@g-C3N4核壳纳米球，以MoS2纳米球为核，外边包裹的g-C3N4为壳，共同组成MoS2@g-C3N4核壳纳米球；MoS2纳米球是由均匀径向取向的纳米片组成，其直径为160-170nm；g-C3N4壳的厚度为40-50nm；MoS2@g-C3N4核壳纳米球的直径为240-260nm。
一种MoS2@g-C3N4核壳纳米球的制备方法，步骤如下：
1)MoS2纳米球的制备：配置Na2MoO4·2H2O、硫脲和PVP混合溶液，
Na2MoO4·2H2O与硫脲的摩尔比为1：2～12，硫脲与PVP的质量比为1：0.5～2；在200℃下水热反应6-18h；然后用去离子水和无水乙醇进行离心洗涤，之后进行干燥；
2)g-C3N4纳米片的制备：将三聚氰胺放在马弗炉中以2℃/min速度从室温程序升温到500-550℃条件下煅烧2h；
3)MoS2@g-C3N4核壳纳米球的制备：将步骤1)和步骤2)得到的MoS2纳米球和g-C3N4分别溶于同一种易挥发的有机溶剂中；将两者混合，进行超声静电粘附，控制g-C3N4与MoS2纳米球质量比为1：4～19，温度为15-45℃，至甲醇完全挥发，得到MoS2@g-C3N4核壳纳米球。
步骤1)中Na2MoO4·2H2O与硫脲的摩尔比1：8。
步骤1)中水热反应时间为12h。
步骤3)中g-C3N4与MoS2纳米球质量比为1：9。
步骤3)中超声静电粘附的温度为30℃。
本发明的有益效果：本发明提出制备一种MoS2@g-C3N4核壳纳米球方法，利用水热法和超声静电粘附方法得到MoS2@g-C3N4核壳纳米球，便于将其应用在于光、电、储能、催化等领域，是一种操作简易，条件温和的环境友好型的制备方法。
附图说明
图1是制备的MoS2@g-C3N4核壳纳米球、MoS2纳米球与g-C3N4粉体对比的X射线衍射图(XRD)。横坐标是两倍衍射角(2θ)，纵坐标是衍射峰强度(a.u.)。
图2是制备的MoS2@g-C3N4核壳纳米球的能量色散X射线光谱图(EDX)。
图3是制备的MoS2@g-C3N4核壳纳米球的扫描电镜图(SEM)。
图4是制备的MoS2@g-C3N4核壳纳米球的透射电镜图(TEM)。
具体实施方式
以下结合技术方案详细叙述本发明的具体实施方式。
实施例1
首先制备MoS2纳米球，取0.3g的Na2MoO4·2H2O，0.76g的硫脲和0.8g的PVP，完全溶解80mL的去离子水中，置于100mL的聚四氟乙烯的反应釜中密封，200℃下水热反应12h。用去离子水和无水乙醇分别进行3次的离心和洗涤，在鼓风干燥箱中80℃烘干6h得到样品材料备用。取适量三聚氰胺放到坩埚中，再放到马弗炉中以升温速率20℃/min，550℃进行2h的煅烧，得到g-C3N4粉末。取5mg的g-C3N4粉末于20ml的甲醇当中，放置在数控超声波清洗器中进行超声60min，直至g-C3N4粉末完全均匀分散在甲醇溶液中。再取45mg的MoS2于10ml的甲醇当中磁力搅拌至完全溶解于甲醇中。将两者混合分散放置在智能磁力加热锅中，加热温度为30℃，加热搅拌直至甲醇完全挥发。从图1可知，MoS2@g-C3N4核壳纳米球所有的衍射峰分别指向MoS2和g-C3N4的各自衍射峰并且没有检测到其他的峰，表明g-C3N4与MoS2成功复合且复合材料仅含有g-C3N4和MoS2。同时图2证实了合成的MoS2@g-C3N4核壳纳米球包含C、N、Mo和S四种元素，没有检测到其他元素，说明合成的MoS2@g-C3N4有着很高的纯度。
实施例2
按照实施例1本发明中的水热反应时硫脲的用量减少到0.19g，其他原料用量以及实验步骤保持不变，制得MoS2@g-C3N4核壳纳米球。
实施例3
按照实施例1本发明中的水热反应时硫脲的用量减少到0.38g，其他原料用量以及实验步骤保持不变，制得MoS2@g-C3N4核壳纳米球。
实施例4
按照实施例1本发明中的水热反应时硫脲的用量减少到0.57g，其他原料用量以及实验步骤保持不变，制得MoS2@g-C3N4核壳纳米球。
实施例5
按照实施例1本发明中的水热反应时硫脲的用量增加到0.94g，其他原料用量以及实验步骤保持不变，制得MoS2@g-C3N4核壳纳米球。
实施例6
按照实施例1本发明中的水热反应时硫脲的用量增加到1.13g，其他原料用量以及实验步骤保持不变，制得MoS2@g-C3N4核壳纳米球。
实施例7
按照实施例1本发明中的水热反应时PVP的用量减少到0.4g，其他原料用量以及实验步骤保持不变，制得MoS2@g-C3N4核壳纳米球。
实施例8
按照实施例1本发明中的水热反应时PVP的用量增加到1.2g，其他原料用量以及实验步骤保持不变，制得MoS2@g-C3N4核壳纳米球。
实施例9
按照实施例1本发明中的超声静电粘附反应时MoS2纳米球的用量减少到20mg，其他原料用量以及实验步骤保持不变，制得MoS2@g-C3N4核壳纳米球。
实施例10
按照实施例1本发明中的超声静电粘附反应时MoS2纳米球的用量增加到95mg，其他原料用量以及实验步骤保持不变，制得MoS2@g-C3N4核壳纳米球。
实施例11
按照实施例1本发明中的制备方法，水热反应时间减少到6h，其他原料用量以及实验步骤保持不变，制得MoS2@g-C3N4核壳纳米球。
实施例12
按照实施例1本发明中的制备方法，水热反应时间增加到18h，其他原料用量以及实验步骤保持不变，制得MoS2@g-C3N4核壳纳米球。
实施例13
按照实施例1本发明中的制备方法，煅烧过程中马弗炉煅烧温度降为500℃，其他原料用量以及实验步骤保持不变，制得MoS2@g-C3N4核壳纳米球。
实施例14
按照实施例1本发明中的超声静电粘附反应时加热温度降为15℃，其他原料用量以及实验步骤保持不变，制得MoS2@g-C3N4核壳纳米球。
实施例15
按照实施例1本发明中的超声静电粘附反应时加热温度升为45℃，其他原料用量以及实验步骤保持不变，制得MoS2@g-C3N4核壳纳米球。
实施例16
按照实施例1本发明中的分散g-C3N4粉末的甲醇溶液体积增加为40mL，其他原料用量以及实验步骤保持不变，制得MoS2@g-C3N4核壳纳米球。
实施例17
按照实施例1本发明中的分散MoS2粉末的甲醇溶液体积增加为20mL，其他原料用量以及实验步骤保持不变，制得MoS2@g-C3N4核壳纳米球。
实施例18
按照实施例1本发明中的分散g-C3N4粉末和MoS2粉末溶液变更为乙醇，其他原料用量以及实验步骤保持不变，制得MoS2@g-C3N4核壳纳米球。
实施例19
按照实施例1本发明中的分散g-C3N4粉末和MoS2粉末溶液变更为异丙醇，其他原料用量以及实验步骤保持不变，制得MoS2@g-C3N4核壳纳米球。

Claims (9)

1.一种MoS2@g-C3N4核壳纳米球，其特征在于，MoS2@g-C3N4核壳纳米球以MoS2纳米球为核，外边包裹的g-C3N4为壳，共同组成MoS2@g-C3N4核壳纳米球；MoS2纳米球是由均匀径向取向的纳米片组成，其直径为160-170nm；g-C3N4壳的厚度为40-50nm；MoS2@g-C3N4核壳纳米球的直径为240-260nm。
2.一种MoS2@g-C3N4核壳纳米球的制备方法，其特征在于，步骤如下：
1)MoS2纳米球的制备：配置Na2MoO4·2H2O、硫脲和PVP混合溶液，Na2MoO4·2H2O与硫脲的摩尔比为1：2～12，硫脲与PVP的质量比为1：0.5～2；在200℃下水热反应6-18h；然后用去离子水和无水乙醇进行离心洗涤，之后进行干燥；
2)g-C3N4纳米片的制备：将三聚氰胺放在马弗炉中以2℃/min速度从室温程序升温到500-550℃条件下煅烧2h；
3)MoS2@g-C3N4核壳纳米球的制备：将步骤1)和步骤2)得到的MoS2纳米球和g-C3N4分别同一种易挥发的有机溶剂中；将两者混合，进行超声静电粘附，控制g-C3N4与MoS2纳米球质量比为1：4～19，温度为15-45℃，至甲醇完全挥发，得到MoS2@g-C3N4核壳纳米球。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中Na2MoO4·2H2O与硫脲的摩尔比1：8。
4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中水热反应时间为12h。
5.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中g-C3N4与MoS2纳米球质量比为1：9。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中g-C3N4与MoS2纳米球质量比为1：9。
7.根据权利要求2、3或6所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中超声静电粘附的温度为30℃。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中超声静电粘附的温度为30℃。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中超声静电粘附的温度为30℃。
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