CN109261192A - 凹凸棒石/g-C3N4/MoS2异质结复合材料、制备方法和用途 - Google Patents

凹凸棒石/g-C3N4/MoS2异质结复合材料、制备方法和用途 Download PDF

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Abstract

本发明属于光电催化材料领域，具体涉及一种凹凸棒石/g‑C3N4/MoS2异质结复合材料的制备方法。提供一种将二维MoS2纳米片与凹凸棒石/g‑C3N4薄层材料复合，构建以凹凸棒石为轴的g‑C3N4/MoS2二维异质结的方法，通过MoS2纳米片与ATP/g‑C3N4薄层材料之间的共价键和作用，建立起电子高效传递的桥梁，获得高效、稳定的ATP/g‑C3N4/MoS2光电催化材料。

Description

凹凸棒石/g-C3N4/MoS2异质结复合材料、制备方法和用途
技术领域
本发明属于光电催化材料领域，具体涉及凹凸棒石/g-C3N4/MoS2异质结复合材料的制备方法。
背景技术
利用半导体光催化技术分解水制氢，实现太阳能向清洁能源氢能的直接转化，是解决人类面临的能源和环境危机的终极途径之一。因此，开发和制备新型可见光响应的光催化材料对提高催化效率具有重要的意义。g-C3N4作为一种新型的全有机半导体聚合物，具有类似石墨烯的二维平面结构，其禁带宽度为2.7 eV，导带价带分别为-1.2 eV（vs.NHE）和1.5 eV（vs.NHE），跨过了水的氧化还原窗口，在可见光催化分解水领域拥有广阔的应用前景，并且g-C3N4具有优异的热稳定性和化学稳定性、无毒、耐酸耐碱、易于制备、成本低廉等，满足人们对光催化剂的所有要求。
然而传统煅烧方法获得的g-C3N4材料易团聚，比表面积小，量子效率低，太阳光利用率低，严重限制其在光解水制氢中的应用。因此，如何用简单、低耗的方法一步获得g-C3N4薄层材料，并且能有效抑制其二次聚集，是一个具有挑战的话题。由于凹凸棒石（ATP）是一种层链状晶体结构的镁铝硅酸盐粘土矿物，具有独特的纤维状晶体结构和发达的内外比表面积，是一种天然的一维纳米材料，其化学稳定性好、吸附能力强使之可以作为优良的催化剂载体；而且凹凸棒石表面富含羟基和明显的负电性，容易与氨基等极性基团发生反应，成为其接枝、改性等重要活性位点。为此采用化学的方法一步直接合成g-C3N4薄层材料，并将其有效固定在具有较高比表面积的凹凸棒石上，获得凹凸棒石/g-C3N4薄层材料（ATP/g-C3N4），将有效抑制g-C3N4薄层的再次聚集，在有效暴露活性位点的同时提高其比表面积，对于提高其光电催化性能具有重要意义。
仅通过掺杂、共聚、形貌控制无法解决g-C3N4自身电子-空穴容易复合的问题，而且其可见光利用范围依然有很大的拓展空间。
发明内容
将g-C3N4薄层材料与另一具有二维结构的半导体材料复合，构建二维异质结材料，将进一步增强其光催化活性。在各种层状半导体材料中MoS2是一种最为理想的候选材料之一，其带隙适宜（1.2-1.9eV），具有优异的可见光吸收能力；MoS2与g-C3N4具有类似层状结构，其边缘存在着制氢的活性位点，具有非常好的光电性能；MoS2的带隙随着层数的减少而逐渐增大，且价带位置向正方向移动，当层数降至单层时，其带隙约为1.9eV，跳过了水的氧化还原窗口，因此单层MoS2具有光催化分解水的潜力；更为重要的是，二者能带位置匹配，晶格之间匹配较好。本专利将提供一种将二维MoS2纳米片与凹凸棒石/g-C3N4薄层材料复合，构建以凹凸棒石为轴的g-C3N4/MoS2二维异质结的方法，通过MoS2纳米片与ATP/g-C3N4薄层材料之间的共价键合作用，建立起电子高效传递的桥梁，获得高效、稳定的ATP/g-C3N4/MoS2异质结复合材料。
本发明的技术构思是：提供一种凹凸棒石/g-C3N4/MoS2二维异质结复合材料的制备方法，以凹凸棒石/g-C3N4薄层材料为基体，将MoS2纳米片进行表面羧基化，通过羧基与凸棒石/g-C3N4薄层边缘的氨基发生酰基化反应而将MoS2纳米片与ATP/g-C3N4薄层材料共价键合，获得高效、稳定的以凹凸棒石为轴的ATP/g-C3N4/MoS2二维异质结复合材料。
本发明的第一个方面，提供了：
凹凸棒石/g-C3N4/MoS2异质结复合材料，所述的复合材料是以凹凸棒石作为载体，在其表面均匀负载一薄层g-C3N4，并且在此g-C3N4薄层上负载MoS2纳米片，形成凹凸棒石为轴的ATP/g-C3N4/MoS2二维异质结。
在一个实施方式中，g-C3N4薄层与MoS2纳米片之间的连接结构式是：
。
本发明的第二个方面，提供了：
凹凸棒石/g-C3N4/MoS2异质结复合材料的制备方法，包括如下步骤：
第1步，ATP/g-C3N4薄层材料制备：在凹凸棒石的表面接枝硅烷偶联剂，再将接枝偶联剂的凹凸棒石、去离子水、三聚氰胺混合后回流反应，将产物干燥、研磨、焙烧后，得到ATP/g-C3N4薄层材料；
第2步，MoS2纳米片的制备：将草酸、二水钼酸钠、硫脲混合在去离子水中，水热反应后，将产物洗涤、烘干，得到MoS2纳米片；
第3步，MoS2纳米片进行羧基化处理：MoS2纳米片分散于去离子水中，再加入溴乙酸处理，产物经洗涤、烘干后，得到表面富含羧基的O-MoS2纳米片；
第4步，MoS2纳米片在ATP/g-C3N4薄层材料表面的负载：将表面富含羧基的O-MoS2纳米片和ATP/g-C3N4薄层材料混合于去离子水中，并回流反应处理，产物经洗涤、烘干，得到ATP/g-C3N4/MoS2异质结复合材料。
在一个实施方式中，草酸与二水钼酸钠的质量比1:2，草酸与硫脲的质量比=1:3。
在一个实施方式中，溴乙酸的加入重量为MoS2纳米片重量的10倍。
在一个实施方式中，O-MoS2纳米片的重量是ATP/g-C3N4的重量的10～50%，回流反应处理条件为70～90℃下冷凝回流2～4h。
本发明的第三个方面，提供了：
凹凸棒石/g-C3N4/MoS2异质结复合材料在光催化中的应用。
表面含羧基的O-MoS2纳米片在提高凹凸棒石/g-C3N4光催化效果中的应用。
表面含羧基的O-MoS2纳米片与ATP/g-C3N4间强键合，建立起电子高效传递的桥梁，在提高凹凸棒石/g-C3N4光催化效果或者材料稳定性中的起重要作用。
本发明的第四个方面，提供了：
一种提高g-C3N4/MoS2复合材料的光催化效果的方法，是将g-C3N4薄层边缘的氨基与表面羧基改性的O-MoS2纳米片进行氨基与羧基的酰基化反应。
有益效果
1、利用凹土作为载体材料能有效降低g-C3N4薄层的团聚，大大增加其比表面积；2、MoS2与g-C3N4间通过化学键合作用形成的二维异质结，建立起电子高效传递的桥梁，有效抑制了光生电子-空穴的复合几率，显著提高了材料的光电催化性能；3、合成过程中所用的原料成本低，且无环境污染。4、由于在对g-C3N4薄层煅烧的产物并不是完全的共轭结构，存在着没有转换完全结构以及g-C3N4颗粒边缘暴露出的氨基，因此，本发明中通过对MoS2进行羧基化处理，利用其表面的羧基与g-C3N4薄层边缘的氨基发生酰基化反应，通过酰胺键将MoS2与g-C3N4原位共价键合，有效地提高了负载效果，获得二维异质结比简单物理复合所得的异质结具有更高的稳定性和更为优异的光电催化性能
附图说明
图1 是实施例1中制备得到的ATP/g-C3N4的SEM照片；
图2是实施例1中制备得到的MoS2纳米片构成的微球的SEM照片；
图3是实施例1中制备得到的ATP/g-C3N4/MoS2异质结复合材料SEM照片；
图4是实施例1中制备得到的ATP/g-C3N4/MoS2异质结复合材料的EDS能谱图；
图5不同产品降解10 mg•L-1甲基橙光催化效果图；
图6对照例1中制备得到的ATP/g-C3N4/MoS2材料SEM照片。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细说明。但本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
本发明提供了一种凹凸棒石/g-C3N4/MoS2异质结复合材料，所述的复合材料是以凹凸棒石作为载体，在其表面均匀负载一薄层g-C3N4，并且在此C3N4薄层上还负载有MoS2纳米片，形成凹凸棒石为轴的ATP/g-C3N4/MoS2二维异质结。该材料利用凹土作为载体材料能有效抑制g-C3N4薄层的团聚，大大增加其比表面积，降低合成成本；MoS2与g-C3N4间通过化学键合作用形成的二维异质结，提高了负载效果，有效抑制了光生电子-空穴的复合几率，显著提高了材料的光电催化性能。
本发明提供的ATP/g-C3N4/MoS2异质结复合材料的制备方法包括以下步骤：
（a）ATP/g-C3N4薄层材料制备：将3-12g的凹土和100-140mL的甲苯依次加入四颈烧瓶中，60-80℃下搅拌0.5-2 h，随后加入硅烷偶联剂KH560，60-80℃下搅拌2-4h，依次用甲苯、无水乙醇洗涤，并于60℃干燥，得改性凹土（ATP-KH560）。将改性凹土在去离子水中超声分散1-3h后，与将三聚氰胺在去离子水中加热溶解后的溶液混合并在60-90℃下冷凝回流2-4h；冷冻干燥24h，研磨后520℃焙烧得ATP/g-C3N4薄层材料。本步骤的目的是使g-C3N4薄层均匀地负载于凹土的表面，避免其团聚。
（b）MoS2纳米片的制备：将0.03-0.6g草酸，0.06-1.2g二水钼酸钠和0.09-1.8g硫脲溶解在60-80mL去离子水中，搅拌1-3h后转移到100mL聚四氟乙烯水热反应釜中180-200℃反应12-24h，待溶液冷却到室温，用乙醇和去离子水分别洗三次，最后60℃烘干12 h, 制得花球状MoS2纳米片；本步骤的目的是得到粒径小、分布均匀的MoS2纳米片。
（c）MoS2纳米片进行羧基化处理，将0.1-0.3g的MoS2纳米片分散在100-300mL去离子水中，搅拌1-3h后加入0.8-2.6g溴乙酸，待混合溶液搅拌30-60h后，离心，先用异丙醇洗一次，再用去离子水和乙醇各洗一次，最后60℃烘干12 h，得到表面富含羧基的O-MoS2纳米片；本步骤的目的是得到表面富含羧基MoS2纳米片，可以与ATP/g-C3N4薄层边缘的氨基发生酰基化反应，能够有效地提高MoS2纳米片在ATP/g-C3N4薄层材料上的负载，使得其负载结合强度高，在多次使用后仍然可以保持较好的使用寿命，优于直接将普通MoS2纳米片负载于ATP/g-C3N4薄层材料上的材料使用寿命。
（d）将0.4g ATP/g-C3N4和0.04-0.2gO-MoS2纳米片分别在50mL去离子水中超声分散1-2h后，转移到250 mL烧杯中搅拌1h后在70-90℃下冷凝回流2-4h；离心，用去离子水洗三次，最后60℃烘干12 h，得ATP/g-C3N4/MoS2异质结复合材料。
步骤（b）中MoS2纳米片的制备条件为：草酸与二水钼酸钠的质量比=1:2，草酸与硫脲的质量比=1:3。
步骤（c）中MoS2纳米片羧基化的条件为：溴乙酸的加入为MoS2纳米片的10倍。
步骤（d）中O-MoS2纳米片与ATP/g-C3N4的质量比=10%-50%，二者的复合条件为70-90℃下冷凝回流2-4h。
实施例1：依以下步骤合成ATP/g-C3N4/MoS2-10%异质结复合材料：
（a）ATP/g-C3N4薄层材料制备：称3g干燥后的凹土和100mL甲苯依次加入四颈烧瓶中，60℃下搅拌2 h，随后加入2.5mL硅烷偶联剂KH560，60℃下搅拌4h后，依次用甲苯、无水乙醇洗涤，并于60℃真空干燥，得改性凹土（ATP-KH560）。称0.4g改性凹土在去离子水中超声分散1h后，与0.8g三聚氰胺在去离子水中加热溶解后的溶液混合并在80℃下冷凝回流4h；冷冻干燥24h，研磨后520℃焙烧得ATP/g-C3N4薄层材料。
（b）MoS2纳米片的制备：称取0.03g草酸，0.06g二水钼酸钠和0.09g硫脲溶解在60mL去离子水中，搅拌1h后转移到100mL聚四氟乙烯水热反应釜中180℃反应12h，待溶液冷却到室温，用乙醇和去离子水分别洗三次，最后60℃烘干12h, 制得花球状MoS2纳米片；
（c）MoS2纳米片进行羧基化处理，将0.1g的MoS2纳米片分散在100mL去离子水中，搅拌1h后加入0.8g溴乙酸，待混合溶液搅拌30h后，离心，先用异丙醇洗一次，再用去离子水和乙醇各洗一次，最后60℃烘干12 h，得到表面富含羧基的O-MoS2纳米片；
（d）将0.4g ATP/g-C3N4和0.04g O-MoS2纳米片分别在去离子水中超声分散1h后，转移到250 mL烧杯中搅拌1h后在70℃下冷凝回流3h；离心，用去离子水洗三次，最后60℃烘干12h,得ATP/g-C3N4/MoS2异质结复合材料。
图1-图4分别为本专利方案所得的ATP/g-C3N4，MoS2纳米片构成的微球以及 ATP/g-C3N4/MoS2异质结的SEM/EDS能谱图，可以看出MoS2纳米花球经羟基化后剥离成单片层，并且被牢固地负载于ATP/g-C3N4表面。虽然看不到ATP/g-C3N4纳米棒，但是EDS能谱证实，本方案的产品组分为凹土、氮化碳和MoS2，因此ATP/g-C3N4作为内轴，周围被MoS2包覆，形成二维异质结复合材料。
实施例2：依以下步骤合成ATP/g-C3N4/MoS2-20%异质结复合材料：
（a）ATP/g-C3N4薄层材料制备：称6g干燥后的凹土和120mL甲苯依次加入四颈烧瓶中，70℃下搅拌1h，随后加入5mL硅烷偶联剂KH560，70℃下搅拌3h后，依次用甲苯、无水乙醇洗涤，并于60℃真空干燥，得改性凹土（ATP-KH560）。称0.4g改性凹土在去离子水中超声分散2h后，与0.8g三聚氰胺在去离子水中加热溶解后的溶液混合并在80℃下冷凝回流4h；冷冻干燥24h，研磨后520℃焙烧得ATP/g-C3N4薄层材料。
（b）MoS2纳米片的制备：称取0.09g草酸，0.18g二水钼酸钠和0.27g硫脲溶解在60mL去离子水中，搅拌1h后转移到100 mL聚四氟乙烯水热反应釜中180 ℃反应16h，待溶液冷却到室温，用乙醇和去离子水分别洗三次，最后60 ℃烘干12 h, 制得花球状MoS2纳米片；
（c）MoS2纳米片进行羧基化处理，将0.15g的MoS2纳米片分散在150mL去离子水中，搅拌1h后加入1.302g溴乙酸，待混合溶液搅拌40h后，离心，先用异丙醇洗一次，再用去离子水和乙醇各洗一次，最后60℃烘干12 h，得到表面富含羧基的O-MoS2纳米片；
（d）将0.4 g ATP/g-C3N4和0.08g O-MoS2纳米片分别在去离子水中超声分散1h后，转移到250 mL烧杯中搅拌1h后在70 ℃下冷凝回流4 h；离心，用去离子水洗三次，最后60 ℃烘干12 h, 得ATP/g-C3N4/MoS2异质结复合材料。
实施例3：依以下步骤合成ATP/g-C3N4/MoS2-30%异质结复合材料：
（a）ATP/g-C3N4薄层材料制备：称8g干燥后的凹土和120mL甲苯依次加入四颈烧瓶中，70℃下搅拌0.5 h，随后加入7mL硅烷偶联剂KH560，70℃下搅拌2h后，依次用甲苯、无水乙醇洗涤，并于60℃真空干燥，得改性凹土（ATP-KH560）。称0.4g改性凹土在去离子水中超声分散2h后，与0.8g三聚氰胺在去离子水中加热溶解后的溶液混合并在80℃下冷凝回流4h；冷冻干燥24h，研磨后520℃焙烧得ATP/g-C3N4薄层材料。
（b）MoS2纳米片的制备：称取0.18g草酸，0.36g二水钼酸钠和0.54g硫脲溶解在70mL去离子水中，搅拌2h后转移到100 mL聚四氟乙烯水热反应釜中180 ℃反应18h，待溶液冷却到室温，用乙醇和去离子水分别洗三次，最后60 ℃烘干12 h, 制得花球状MoS2纳米片；
（c）MoS2纳米片进行羧基化处理，将0.2g的MoS2纳米片分散在200mL去离子水中，搅拌2h后加入1.73g溴乙酸，待混合溶液搅拌50h后，离心，先用异丙醇洗一次，再用去离子水和乙醇各洗一次，最后60℃烘干12 h，得到表面富含羧基的O-MoS2纳米片；
（d）将0.4 g ATP/g-C3N4和0.12g O-MoS2纳米片分别在去离子水中超声分散1h后，转移到250 mL烧杯中搅拌1h后在80 ℃下冷凝回流2 h；离心，用去离子水洗三次，最后60 ℃烘干12 h, 得ATP/g-C3N4/MoS2异质结复合材料。
实施例4：依以下步骤合成ATP/g-C3N4/MoS2-40%异质结复合材料：
（a）ATP/g-C3N4薄层材料制备：称10g干燥后的凹土和140mL甲苯依次加入四颈烧瓶中，60℃下搅拌2h，随后加入8mL硅烷偶联剂KH560，60℃下搅拌4h后，依次用甲苯、无水乙醇洗涤，并于60℃真空干燥，得改性凹土（ATP-KH560）。称0.4g改性凹土在去离子水中超声分散1h后，与0.8g三聚氰胺在去离子水中加热溶解后的溶液混合并在80℃下冷凝回流4h；冷冻干燥24h，研磨后520℃焙烧得ATP/g-C3N4薄层材料。
（b）MoS2纳米片的制备：称取0.36g草酸，0.72g二水钼酸钠和1.08g硫脲溶解在70mL去离子水中，搅拌2h后转移到100 mL聚四氟乙烯水热反应釜中200 ℃反应20h，待溶液冷却到室温，用乙醇和去离子水分别洗三次，最后60 ℃烘干12 h, 制得花球状MoS2纳米片；
（c）MoS2纳米片进行羧基化处理，将0.25g的MoS2纳米片分散在250mL去离子水中，搅拌2h后加入2.2g溴乙酸，待混合溶液搅拌60h后，离心，先用异丙醇洗一次，再用去离子水和乙醇各洗一次，最后60℃烘干12 h，得到表面富含羧基的O-MoS2纳米片；
（d）将0.4 g ATP/g-C3N4和0.16g O-MoS2纳米片分别在去离子水中超声分散1h后，转移到250 mL烧杯中搅拌1h后在80 ℃下冷凝回流3 h；离心，用去离子水洗三次，最后60 ℃烘干12 h, 得ATP/g-C3N4/MoS2异质结复合材料。
实施例5：依以下步骤合成ATP/g-C3N4/MoS2-50%异质结复合材料：
（a）ATP/g-C3N4薄层材料制备：称12g干燥后的凹土和140mL甲苯依次加入四颈烧瓶中，60℃下搅拌0.5 h，随后加入10mL硅烷偶联剂KH560，60℃下搅拌4h后，依次用甲苯、无水乙醇洗涤，并于60℃真空干燥，得改性凹土（ATP-KH560）。称0.4g改性凹土在去离子水中超声分散1h后，与0.8g三聚氰胺在去离子水中加热溶解后的溶液混合并在80℃下冷凝回流4h；冷冻干燥24h，研磨后520℃焙烧得ATP/g-C3N4薄层材料。
（b）MoS2纳米片的制备：称取0.6g草酸，1.2g二水钼酸钠和1.8g硫脲溶解在80 mL去离子水中，搅拌3h后转移到100 mL聚四氟乙烯水热反应釜中200 ℃反应24h，待溶液冷却到室温，用乙醇和去离子水分别洗三次，最后60 ℃烘干12 h, 制得花球状MoS2纳米片；
（c）MoS2纳米片进行羧基化处理，将0.3g的MoS2纳米片分散在300mL去离子水中，搅拌3h后加入2.6g溴乙酸，待混合溶液搅拌60h后，离心，先用异丙醇洗一次，再用去离子水和乙醇各洗一次，最后60℃烘干12 h，得到表面富含羧基的O-MoS2纳米片；
（d）将0.4 g ATP/g-C3N4和0.2g O-MoS2纳米片分别在去离子水中超声分散2h后，转移到250 mL烧杯中搅拌1h后在90 ℃下冷凝回流2h；离心，用去离子水洗三次，最后60 ℃烘干12 h, 得ATP/g-C3N4/MoS2异质结复合材料。
对比例
与实施例1的区别是： MoS2纳米片未经过羧基化处理。
（a）ATP/g-C3N4薄层材料制备：称3g干燥后的凹土和100mL甲苯依次加入四颈烧瓶中，60℃下搅拌2 h，随后加入2.5mL硅烷偶联剂KH560，60℃下搅拌4h后，依次用甲苯、无水乙醇洗涤，并于60℃真空干燥，得改性凹土（ATP-KH560）。称0.4g改性凹土在去离子水中超声分散1h后，与0.8g三聚氰胺在去离子水中加热溶解后的溶液混合并在80℃下冷凝回流4h；冷冻干燥24h，研磨后520℃焙烧得ATP/g-C3N4薄层材料。
（b）MoS2纳米片的制备：称取0.03g草酸，0.06g二水钼酸钠和0.09g硫脲溶解在60mL去离子水中，搅拌1h后转移到100mL聚四氟乙烯水热反应釜中180℃反应12h，待溶液冷却到室温，用乙醇和去离子水分别洗三次，最后60℃烘干12h, 制得花球状MoS2纳米片；
（c）将0.4g ATP/g-C3N4和0.04g MoS2纳米片分别在去离子水中超声分散1h后，转移到250 mL烧杯中搅拌1h后在70℃下冷凝回流3h；离心，用去离子水洗三次，最后60℃烘干12h,得MoS2-ATP/g-C3N4异质结复合材料。
图6为未经羧基化MoS2直接与ATP/g-C3N4直接复合的SEM照片，可以看出二者之间并未形成牢固的键合作用，而只是简单的混合物，这对于其性能的提高是不利的。
表征试验
对于以上各个实施例以及对照例中制备得到的各个载体和最终制备得到的复合材料进行表征试验。
其中吸附和降解实验的方法是：
向盛有250mL的20 mg/L甲基橙溶液的石英试管中加入0.25g受试材料，通空气搅拌使粉体充分悬浮，在500W氙灯的照射下，每隔20min取一次溶液进行离心分离，测上层清夜的吸光度，对比它们的光催化性能，根据朗伯-比尔定律，计算甲基橙浓度，按下式计算甲基橙的降解率。
式中A 0 ，A i 分别为降解前后甲基橙的吸光度。
附图5给出了系列材料的光催化性能效果结果对比图，从图中可以看出，直接采用凸凹棒石为催化剂时，其光催化降解率几乎非常低，而采用了实施例1中的ATP/g-C3N4的材料其在60min的降解率达到了约42%左右，而采用了实施例中的ATP/g-C3N4-MoS2材料降解率达到了87%左右，说明在ATP/g-C3N4的材料上通过强键合负载MoS2纳米片能够有效地提高上述的光催化效果，ATP/g-C3N4与MoS2复合形成异质结后，其光催化性能大幅度提高，为新型光催化剂的构建提供一条新的思路；而对照例1中采用的直接将MoS2纳米片负载于ATP/g-C3N4上而得到的MoS2-ATP/g-C3N4材料，其光催化效果降解率仅仅为约28%,，甚至低于ATP/g-C3N4上，导致这一现象的原因可能是由于MoS2纳米片表面未经羧基修饰处理而导致了在ATP/g-C3N4上发生了明显的团聚（图6中可以看出），使得其光催化效果出现了下降。
光催化剂使用寿命的考察
采用实施例1和对照例1中的各个载体以及光催化材料，重复进行上述光催化试验，每次试验60min，试验结合后，用去离子水洗涤材料表面，重复进行10次，考虑光催化降解率的效果（%）。
从上表中可以看到，本发明制备得到的ATP/g-C3N4-MoS2材料具有较好的多次循环使用寿命，在多次使用后仍然可以保持较好的光催化降解率；而采用直接将MoS2纳米片负载于ATP/g-C3N4上而得到的MoS2-ATP/g-C3N4材料，在多次使用后，其光催化效果出现了明显的下降。

Claims (9)

1.凹凸棒石/g-C3N4/MoS2异质结复合材料，其特征在于，所述的复合材料是以凹凸棒石作为载体，在载体上负载有g-C3N4薄层，并且在g-C3N4薄层表面还负载有MoS2纳米片。
2.根据权利要求1所述的凹凸棒石/g-C3N4/MoS2异质结复合材料，其特征在于，g-C3N4薄层与MoS2纳米片之间的连接结构式是：
。
3.根据权利要求1所述的凹凸棒石/g-C3N4/MoS2异质结复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
第1步，ATP/g-C3N4薄层材料制备：在凹凸棒石的表面接枝硅烷偶联剂，再将接枝偶联剂的凹凸棒石、去离子水、三聚氰胺混合后回流反应，将产物干燥、研磨、焙烧后，得到ATP/g-C3N4薄层材料；
第2步，MoS2纳米片的制备：将草酸、二水钼酸钠、硫脲混合在去离子水中，水热反应后，将产物洗涤、烘干，得到MoS2纳米片；
第3步，MoS2纳米片进行羧基化处理：MoS2纳米片分散于去离子水中，再加入溴乙酸处理，产物经洗涤、烘干后，得到表面富含羧基的O-MoS2纳米片；
第4步，MoS2纳米片在ATP/g-C3N4薄层材料表面的负载：将表面富含羧基的O-MoS2纳米片和ATP/g-C3N4薄层材料混合于去离子水中，并回流反应处理，产物经洗涤、烘干，得到ATP/g-C3N4/MoS2异质结复合材料。
4.根据权利要求3所述的凹凸棒石/g-C3N4/MoS2异质结复合材料的制备方法，其特征在于，草酸与二水钼酸钠的质量比1:2，草酸与硫脲的质量比=1:3。
5.根据权利要求3所述的凹凸棒石/g-C3N4/MoS2异质结复合材料的制备方法，其特征在于，溴乙酸的加入重量为MoS2纳米片重量的10倍。
6.根据权利要求3所述的凹凸棒石/g-C3N4/MoS2异质结复合材料的制备方法，其特征在于，O-MoS2纳米片的重量是ATP/g-C3N4的重量的10～50%，回流反应处理条件为70～90℃下冷凝回流2～4h。
7.凹凸棒石/g-C3N4/MoS2异质结复合材料在光催化中的应用。
8.表面含羧基的O-MoS2纳米片在提高凹凸棒石/g-C3N4光催化效果中的应用。
9.一种提高g-C3N4/MoS2复合材料的光催化效果的方法，其特征在于：利用ATP/g-C3N4薄层边缘的氨基与表面羧基化改性的O-MoS2纳米片进行酰基化反应。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110227552A (zh) * 2019-07-10 2019-09-13 西北师范大学 一种bcn@azis复合催化剂的制备方法
CN110983342A (zh) * 2019-12-18 2020-04-10 常州纳欧新材料科技有限公司 一种硫化铋/氮化碳/凹凸棒石复合材料及其制备方法和在光阴极保护中的应用
CN114931864A (zh) * 2021-05-08 2022-08-23 淮阴师范学院 一种二维材料复合分离膜、制备方法和用途
CN115193477A (zh) * 2022-07-29 2022-10-18 西北师范大学 一种光催化剂及其制备方法和应用

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104437555A (zh) * 2014-10-30 2015-03-25 华东师范大学 波浪MoS2纳米片镶嵌蒲公英TiO2纳米球复合异质结半导体材料及其制备方法
CN105417581A (zh) * 2014-08-29 2016-03-23 中国科学院大连化学物理研究所 一种络合水热合成均一MoS2纳米花球的方法
CN106179447A (zh) * 2016-07-13 2016-12-07 淮阴师范学院 强耦合型凹凸棒土‑KHX‑g‑C3N4复合材料的制备方法
CN107115880A (zh) * 2017-04-24 2017-09-01 吉林师范大学 一种MoS2/CNTs/g‑C3N4复合光催化剂及其制备方法
CN107335459A (zh) * 2017-07-13 2017-11-10 淮阴师范学院 高可见光活性ATP/g‑C3N4‑Ag复合材料及其制备方法和应用
CN107537544A (zh) * 2017-09-19 2018-01-05 江苏理工学院 一种g‑C3N4–CNTs异质结光催化剂及其制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105417581A (zh) * 2014-08-29 2016-03-23 中国科学院大连化学物理研究所 一种络合水热合成均一MoS2纳米花球的方法
CN104437555A (zh) * 2014-10-30 2015-03-25 华东师范大学 波浪MoS2纳米片镶嵌蒲公英TiO2纳米球复合异质结半导体材料及其制备方法
CN106179447A (zh) * 2016-07-13 2016-12-07 淮阴师范学院 强耦合型凹凸棒土‑KHX‑g‑C3N4复合材料的制备方法
CN107115880A (zh) * 2017-04-24 2017-09-01 吉林师范大学 一种MoS2/CNTs/g‑C3N4复合光催化剂及其制备方法
CN107335459A (zh) * 2017-07-13 2017-11-10 淮阴师范学院 高可见光活性ATP/g‑C3N4‑Ag复合材料及其制备方法和应用
CN107537544A (zh) * 2017-09-19 2018-01-05 江苏理工学院 一种g‑C3N4–CNTs异质结光催化剂及其制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JUAN LI, ET AL: "Synthesis of MoS2/g-C3N4 nanosheets as 2D heterojunction photocatalysts with enhanced visible light activity", 《APPLIED SURFACE SCIENCE》 *
YONGSHUAI XU, ET AL: "Ultrathin g-C3N4 films supported on Attapulgite nanofibers with enhanced photocatalytic performance", 《APPLIED SURFACE SCIENCE》 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110227552A (zh) * 2019-07-10 2019-09-13 西北师范大学 一种bcn@azis复合催化剂的制备方法
CN110983342A (zh) * 2019-12-18 2020-04-10 常州纳欧新材料科技有限公司 一种硫化铋/氮化碳/凹凸棒石复合材料及其制备方法和在光阴极保护中的应用
CN114931864A (zh) * 2021-05-08 2022-08-23 淮阴师范学院 一种二维材料复合分离膜、制备方法和用途
CN114931864B (zh) * 2021-05-08 2023-11-24 淮阴师范学院 一种二维材料复合分离膜、制备方法和用途
CN115193477A (zh) * 2022-07-29 2022-10-18 西北师范大学 一种光催化剂及其制备方法和应用
CN115193477B (zh) * 2022-07-29 2023-12-19 西北师范大学 一种光催化剂及其制备方法和应用

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