CN110787815B - 一种TiO2/MoS2核壳结构三维光子晶体复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种TiO2/MoS2核壳结构三维光子晶体复合材料及其制备方法，复合材料以TiO2反蛋白石结构骨架为核，以MoS2纳米片层为壳构成。其中，TiO2反蛋白石呈六边形周期性大孔网状结构，孔间相互连通；MoS2纳米片于TiO2反蛋白石孔壁表面沿径向垂直密集生长，并与孔壁稳定结合。本发明的制备方法和流程简单，原料成本低廉，制备得到的复合材料结构性能稳定，在光电子学和能源技术领域具有重大研究意义。
Description
技术领域
本发明属于微纳米复合材料技术领域，具体涉及一种TiO2/MoS2核壳结构三维光子晶体复合材料及其制备方法。
背景技术
二硫化钼（MoS2）是一种典型二维（2D）层状硫化物材料，由Mo原子夹在两个S原子之间组成的六方密堆积结构。由于其层间范德华力较弱，可以被剥落成单层的纳米片状结构，这使得其在锂离子电池、传感器、光电晶体管和光催化制氢方面具有广泛的应用。除此之外，由于层状MoS2纳米片暴露较多的边缘活性，因此被认为可以更好的替代贵金属而充当低成本助催化剂。
目前，二硫化钼（MoS2）与二氧化钛（TiO2）的复合由于其优异的光电性能已经引起了广泛的关注，例如Wang等人通过简单的水热法制备了TiO2纳米球表面生长MoS2纳米片的核壳结构异质材料，且其具有优异的光降解性能（Particle & Particle SystemsCharacterization, 2016, 33(4): 221-227.）；Guo等人通过物理气相沉积和化学气相沉积相结合的方法合成了TiO2纳米管列阵表面生长MoS2纳米片核壳结构异质材料，研究表明该材料具有出色的光催化产氢效率（Energy & Environmental Science, 2018, 11(1):106-114.）。但由于现有制备方法中MoS2的生长难以控制，无法使得其暴露出最大的活性边缘，限制了MoS2与TiO2复合材料的应用价值。因此，MoS2纳米片在TiO2上边缘活性可控生长的研究具有重大意义。
发明内容
本发明目的是针对现有MoS2与TiO2复合材料制备存在的问题，提供一种TiO2/MoS2核壳结构三维光子晶体复合材料及其制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种TiO2/MoS2核壳结构三维光子晶体复合材料，所述复合材料以TiO2反蛋白石结构骨架为核，以MoS2纳米片层为壳构成；其中，TiO2反蛋白石骨架呈六边形周期性大孔网状结构，孔间相互连通；MoS2纳米片于TiO2孔壁表面沿径向垂直密集生长，并与孔壁稳定结合。
本发明还保护TiO2/MoS2核壳结构三维光子晶体复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S01：将食人鱼洗液处理过的玻璃基板插入质量分数为0.2~0.3%的PS微球乳液，然后置于45~50℃真空烘箱自组装3~4天，得到呈面心立方排列的PS蛋白石；
S02：称取钛酸四丁酯、二乙醇胺和无水乙醇，密封之后于25~30℃的温度下磁力搅拌8~12h，得到TiO2前驱液；然后将步骤S01中所得的PS蛋白石垂直浸入TiO2前驱液65~70s，取出后平放置于真空度为-0.85~-0.8MPa，温度为30~35℃的真空烘箱中保温0.4~0.5h，再将真空烘箱温度调至50~55°C保温0.4~0.5h，重复上述操作2~3次后转移至马弗炉，以2~3℃/min升温至500~550℃，保温2~2.5h，冷却后得到TiO2反蛋白石；
S03：将步骤S02所得的TiO2反蛋白石先浸入150~180mL 的Tris-HCl缓冲剂溶液中1~2h，再将其置入25~30mL的含有二水合钼酸钠、一水合肼和结构导向剂的N,N-二甲基甲酰胺混合液中，超声震荡4~5min，然后加入硫脲并继续超声震荡4~5min，后转移至聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中在200~240℃的温度下反应20~24h后，用去离子水和乙醇洗涤，然后在60~65℃的温度下干燥10~12h，再置于管式炉中进行退火处理，得到TiO2/MoS2核壳结构三维光子晶体复合材料。
为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
上述步骤S02中，钛酸四丁酯、二乙醇胺和无水乙醇的质量比为1: (0.14~0.17) :(8.64~8.87)。
上述步骤S03中，Tris-HCl缓冲剂溶液的pH为7.5~8.0。
上述步骤S03中，所述的二水合钼酸钠、一水合肼和结构导向剂的质量比为1:(1.8~2.2) : (8.22~12.68)。
上述的结构导向剂为聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺、聚(4-乙烯吡啶)中的任意一种。
上述步骤S03中，二水合钼酸钠与硫脲的质量比为1: (1.03~1.14)。
上述步骤S03中的退火处理具体是指：在氩气保护下，以3~3.5℃/min的速度升温至800~850℃，保温1~2h。
本发明的有益效果为：
（1）本发明在制备过程中加入Tris-HCl缓冲剂溶液，对于因为较高的表面能和层间范德华力而导致的MoS2纳米片在生长时会出现的团聚现象，通过引入缓冲剂不仅可以控制实际溶液的pH，还对TiO2反蛋白石孔壁进行了表面改性，又因静电吸引和氢键的协同作用，使得MoO4 2-选择性地吸附在TiO2骨架的表面。Mo前驱液中加入的结构导向剂存在一定的饱和压力，可以实现纳米片生长过程的边缘活性控制，促使MoS2沿径向垂直生长在TiO2反蛋白石孔壁表面；同时，一水合肼可在高温反应下于MoS2片层间分解，释放一定量N2等惰性气体，达到一定程度的剥离层状MoS2作用，从而使其暴露出最大的活性边缘。
（2）本发明的TiO2反蛋白石相互连接的周期性大孔骨架，不仅可以充当MoS2生长的载体，使MoS2稳定均匀地生长为片层结构，还为片层结构提供了优良的导电网络，提高了电子转移效率。而MoS2纳米片的生长又反过来增大了TiO2反蛋白石的比表面积，增强了结构稳定性。同时，又由于TiO2与MoS2之间形成了p-n异质结，使复合材料拥有更强的电荷分离能力，并增大了光谱吸收范围。
（3）本发明制备流程简单，原料成本低廉，制备的复合材料结构性能稳定，在光电子学和能源技术领域具有重大研究意义。
附图说明
图1为MoS2/TiO2光子晶体核壳结构TEM图和HRTEM图。
图2为MoS2/TiO2核壳结构光子晶体mapping分析图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的发明内容作进一步地说明。
实施例1
1）将食人鱼洗液处理过的玻璃基板插入质量分数为0.3%的PS微球乳液，置于50℃真空烘箱自组装3天，得到呈面心立方排列的PS蛋白石；
2）分别称取10.2g钛酸四丁酯、1.43g二乙醇胺和90.47g无水乙醇加入250ml圆口烧瓶中，在30℃下密封处理后磁力搅拌12h，得到无色透明的TiO2前驱液，再将步骤1）中所得PS蛋白石垂直浸入TiO2前驱液70s，取出后平放置于真空度为-0.8MPa，温度为35℃的真空烘箱中保温0.5h，再将温度调至55℃保温0.5h，重复上述操作3次后，转移至马弗炉，以3℃/min升温至550℃，保温2.5h，随炉冷却后得到TiO2反蛋白石；
3）将步骤2）中所得TiO2反蛋白石先浸入150mL pH为7.5的Tris-HCl缓冲剂溶液中1h，然后再加入由0.15g二水合钼酸钠、0.27g一水合肼、1.36g聚乙烯基吡咯烷酮和25ml N,N-二甲基甲酰胺组成的混合液中超声震荡5min，再加入0.16g硫脲继续超声震荡4min，将产物转移至聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中240℃下反应24h，经去离子水和乙醇洗涤后65℃下干燥12h，再置于管式炉中，在氩气保护下，以3.5℃/min的速度升温至850℃，保温2h，得到TiO2/MoS2核壳结构三维光子晶体复合材料。
对上述制备的复合材料进行透射电镜表征，参见图1，可以看出，b图中存在两种晶面结构，右下部为TiO2光子晶体骨架，其晶面间距大约在0.34nm左右，代表了TiO2的{101}晶面，而在孔的内部其晶面间距为0.27nm，代表了MoS2的{100}和{010}晶面，这表明了MoS2成功地垂直生长在了TiO2光子晶体有序大孔结构的内部。参见图2，为MoS2/TiO2核壳结构光子晶体mapping分析图，根据Ti和O的元素分布可以确定TiO2反蛋白石结构骨架的核结构，根据Mo和S元素分布可以看出MoS2于TiO2反蛋白石孔壁表面沿径向垂直密集生长，并与孔壁稳定结合形成壳结构，证明了TiO2与MoS2之间形成的是p-n异质结结构。
实施例2
1）将食人鱼洗液处理过的玻璃基板插入质量分数为0.2%的PS微球乳液，置于45℃真空烘箱自组装4天，得到呈面心立方排列的PS蛋白石；
2）分别称取10.2g钛酸四丁酯、1.53g二乙醇胺和90.27g无水乙醇加入250ml圆口烧瓶中，在25℃下密封处理后磁力搅拌8h，得到无色透明的TiO2前驱液，再将步骤1）中所得PS蛋白石垂直浸入TiO2前驱液65s，取出后平放置于真空度为-0.85MPa，温度为30℃的真空烘箱中保温0.4h，再将温度调至50℃保温0.4h，重复上述操作3次后，转移至马弗炉，以2℃/min升温至500℃，保温2h，随炉冷却后得到TiO2反蛋白石；
3）将步骤2）中所得TiO2反蛋白石先浸入160mL pH为7.5的Tris-HCl缓冲剂溶液中1.5h，然后再加入由0.15g二水合钼酸钠、0.33g一水合肼、1.23g聚乙烯基吡咯烷酮和30mlN,N-二甲基甲酰胺组成的混合液中超声震荡4min，再加入0.17g硫脲继续超声震荡4min，将产物转移至聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中200℃下反应24h，经去离子水和乙醇洗涤后60℃下干燥10h，再置于管式炉中，在氩气保护下，以3℃/min的速度升温至800℃，保温1h，得到TiO2/MoS2核壳结构三维光子晶体复合材料。
实施例3
1）将食人鱼洗液处理过的玻璃基板插入质量分数为0.3%的PS微球乳液，置于45℃真空烘箱自组装4天，得到呈面心立方排列的PS蛋白石；
2）分别称取10.2g钛酸四丁酯、1.73g二乙醇胺和88.33g无水乙醇加入250ml圆口烧瓶中，在30℃下密封处理后磁力搅拌10h，得到无色透明的TiO2前驱液，再将步骤1）中所得PS蛋白石垂直浸入TiO2前驱液65s，取出后平放置于真空度为-0.85MPa，温度为30℃真空烘箱中保温0.5h，再将温度调至55°C保温0.4h，重复上述操作3次后，得转移至马弗炉，以2.5℃/min升温至500℃，保温2h，随炉冷却后得到TiO2反蛋白石；
3）将步骤2）中所得TiO2反蛋白石先浸入170mL pH为8.0的Tris-HCl缓冲剂溶液2h，然后再加入由0.15g二水合钼酸钠、0.3g一水合肼、1.76g聚乙烯亚胺和28ml N,N-二甲基甲酰胺组成的混合液中超声震荡5min，再加入0.16g硫脲，超声震荡5min，转移至聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中在220℃下反应24h，经去离子水和乙醇洗涤，65℃下干燥10h，再置于管式炉中，在氩气保护下，以3.5℃/min的速度升温至800℃，保温1h，得到TiO2/MoS2核壳结构三维光子晶体复合材料。
实施例4
1）将食人鱼洗液处理过的玻璃基板插入质量分数为0.2%的PS微球乳液，置于50℃真空烘箱自组装3天，得到呈面心立方排列的PS蛋白石；
2）分别称取10.2g钛酸四丁酯、1.63g二乙醇胺和89.56g无水乙醇加入250ml圆口烧瓶中，在25℃下密封处理后磁力搅拌12h，得到无色透明的TiO2前驱液，再将步骤1）中所得PS蛋白石垂直浸入TiO2前驱液70s，取出后平放置于真空度为-0.80MPa，温度为35℃真空烘箱中保温0.4h，再将温度调至50℃保温0.5h，重复上述操作2次后，转移至马弗炉，以3℃/min升温至500℃，保温2h，随炉冷却后得到TiO2反蛋白石；
3）将步骤2）中所得TiO2反蛋白石先浸入180mL pH为8.0的Tris-HCl缓冲剂溶液2h，然后再加入由0.15g二水合钼酸钠、0.33g一水合肼、1.90g聚(4-乙烯吡啶)和30ml N,N-二甲基甲酰胺组成的混合液，超声震荡4min，再加入0.17g硫脲继续超声震荡4min，转移至聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中240℃下反应22h，经去离子水和乙醇洗涤，65℃下干燥12h，再置于管式炉中，在氩气保护下，以3.5℃/min的速度升温至850℃，保温2h，得到TiO2/MoS2核壳结构三维光子晶体复合材料。
实施例5
1）将食人鱼洗液处理过的玻璃基板插入质量分数为0.3%的PS微球乳液，置于50℃真空烘箱自组装4天，得到呈面心立方排列的PS蛋白石；
2）分别称取10.2g钛酸四丁酯、1.71g二乙醇胺和90.19g无水乙醇加入250ml圆口烧瓶中，在30℃下密封处理后磁力搅拌10h，得到无色透明的TiO2前驱液，再将步骤1）中所得PS蛋白石垂直浸入TiO2前驱液65s，取出后平放置于真空度为-0.85MPa，温度为35℃真空烘箱中保温0.5h，再将温度调至55°C保温0.4h，重复上述操作2次后，转移至马弗炉，以3℃/min升温至550℃，保温2.5h，随炉冷却得到TiO2反蛋白石；
3）将步骤2）中所得TiO2反蛋白石先浸入150mL pH为8的Tris-HCl缓冲剂溶液2h，然后再加入由0.15g二水合钼酸钠、0.3g一水合肼、1.45g聚乙烯基吡咯烷酮和28ml N,N-二甲基甲酰胺组成的混合液中超声震荡5min，再加入0.16g硫脲继续超声震荡5min，转移至聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中220℃下反应22h，经去离子水和乙醇洗涤，65℃下干燥12h，再置于管式炉中，在氩气保护下，以3℃/min的速度升温至850℃，保温1.5h，得到TiO2/MoS2核壳结构三维光子晶体复合材料。
实施例6
1）将食人鱼洗液处理过的玻璃基板插入质量分数为0.2%的PS微球乳液，置于55℃真空烘箱自组装3天，得到呈面心立方排列的PS蛋白石；
2）分别称取10.2g钛酸四丁酯、1.67g二乙醇胺和89.99g无水乙醇加入250ml圆口烧瓶中，在25℃下密封处理后磁力搅拌8h，得到无色透明的TiO2前驱液，再将步骤1）中所得PS蛋白石垂直浸入TiO2前驱液65s，取出后平放置于真空度为-0.80MPa，温度为30℃真空烘箱中保温0.5h，再将温度调至55°C保温0.5h，重复上述操作2次后，转移至马弗炉，以2℃/min升温至550℃，保温2h，随炉冷却后得到TiO2反蛋白石；
3）将步骤2）中所得TiO2反蛋白石先浸入180mL pH为7.5的Tris-HCl缓冲剂溶液1h，然后再加入由0.15g二水合钼酸钠、0.27g一水合肼、1.44g聚丙烯酰胺和30ml N,N-二甲基甲酰胺组成的混合液，超声震荡4min，再加入0.17g硫脲继续超声震荡4min，转移至聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中200℃下反应24h，经去离子水和乙醇洗涤，60℃下干燥10h，再置于管式炉中，在氩气保护下，以3℃/min的速度升温至800℃，保温1h，得到TiO2/MoS2核壳结构三维光子晶体复合材料。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种TiO2/MoS2核壳结构三维光子晶体复合材料，其特征在于：所述复合材料以TiO2反蛋白石结构骨架为核，以MoS2纳米片层为壳构成；其中，TiO2反蛋白石骨架呈六边形周期性大孔网状结构，孔间相互连通；MoS2纳米片于TiO2孔壁表面沿径向垂直密集生长，并与孔壁稳定结合；
该三维光子晶体复合材料通过以下方法制备：
S01：将食人鱼洗液处理过的玻璃基板插入质量分数为0.2～0.3％的PS微球乳液，然后置于45～50℃真空烘箱自组装3～4天，得到呈面心立方排列的PS蛋白石；
S02：称取钛酸四丁酯、二乙醇胺和无水乙醇，密封之后于25～30℃的温度下磁力搅拌8～12h，得到TiO2前驱液；然后将步骤S01中所得的PS蛋白石垂直浸入TiO2前驱液65～70s，取出后平放置于真空度为-0.85～-0.8MPa，温度为30～35℃的真空烘箱中保温0.4～0.5h，再将真空烘箱温度调至50～55℃保温0.4～0.5h，重复上述操作2～3次后转移至马弗炉，以2～3℃/min升温至500～550℃，保温2～2.5h，冷却后得到TiO2反蛋白石；
S03：将步骤S02所得的TiO2反蛋白石先浸入150～180mL的Tris-HCl缓冲剂溶液中1～2h，再将其置入25～30mL含有二水合钼酸钠、一水合肼和结构导向剂的N,N-二甲基甲酰胺混合液中，超声震荡4～5min，然后加入硫脲并继续超声震荡4～5min，后转移至聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中在200～240℃的温度下反应20～24h后，用去离子水和乙醇洗涤，然后在60～65℃的温度下干燥10～12h，再置于管式炉中进行退火处理，得到TiO2/MoS2核壳结构三维光子晶体复合材料。
2.根据权利要求1所述的TiO2/MoS2核壳结构三维光子晶体复合材料，其特征在于：所述步骤S02中，钛酸四丁酯、二乙醇胺和无水乙醇的质量比为1:(0.14～0.17):(8.64～8.87)。
3.根据权利要求1所述的TiO2/MoS2核壳结构三维光子晶体复合材料，其特征在于：所述步骤S03中，Tris-HCl缓冲剂溶液的pH为7.5～8.0。
4.根据权利要求1所述的TiO2/MoS2核壳结构三维光子晶体复合材料，其特征在于：所述步骤S03中，所述的二水合钼酸钠、一水合肼和结构导向剂的质量比为1:(1.8～2.2):(8.22～12.68)。
5.根据权利要求4所述的TiO2/MoS2核壳结构三维光子晶体复合材料，其特征在于：所述的结构导向剂为聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺、聚(4-乙烯吡啶)中的任意一种。
6.根据权利要求4所述的TiO2/MoS2核壳结构三维光子晶体复合材料，其特征在于：所述步骤S03中，二水合钼酸钠与硫脲的质量比为1:(1.03～1.14)。
7.根据权利要求1所述的TiO2/MoS2核壳结构三维光子晶体复合材料，其特征在于：所述步骤S03中的退火处理具体是指：在氩气保护下，以3～3.5℃/min的速度升温至800～850℃，保温1～2h。
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Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102151560A (zh) * | 2011-01-25 | 2011-08-17 | 北京师范大学 | 光催化降解有机物的二氧化钛光子晶体薄膜及其制备方法 |
| CN104389024A (zh) * | 2014-10-28 | 2015-03-04 | 江南大学 | 一种颜色可调的凝胶光子晶体膜的制备方法 |
| CN105148947A (zh) * | 2015-08-27 | 2015-12-16 | 江南大学 | TiO2@MoS2复合物的制备与应用 |
| CN105944738A (zh) * | 2016-04-22 | 2016-09-21 | 河北工业大学 | 一种基于表面改性的TiO2/MoS2复合材料的制备方法 |
| CN106410132A (zh) * | 2016-11-09 | 2017-02-15 | 上海大学 | 二维片状MoS2@石墨烯复合纳米材料及其制备方法 |
| CN107159295A (zh) * | 2017-06-01 | 2017-09-15 | 苏州大学 | 一种可见光催化降解有机污染物的反蛋白石材料及其制备方法 |
| CN109465018A (zh) * | 2017-09-07 | 2019-03-15 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种纳米级负载型硫化钼催化剂的制备方法 |
| CN109904408A (zh) * | 2019-01-09 | 2019-06-18 | 哈尔滨工业大学（深圳） | MoS2纳米片镶嵌在碳基底复合材料的制备方法及应用 |
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Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102151560A (zh) * | 2011-01-25 | 2011-08-17 | 北京师范大学 | 光催化降解有机物的二氧化钛光子晶体薄膜及其制备方法 |
| CN104389024A (zh) * | 2014-10-28 | 2015-03-04 | 江南大学 | 一种颜色可调的凝胶光子晶体膜的制备方法 |
| CN105148947A (zh) * | 2015-08-27 | 2015-12-16 | 江南大学 | TiO2@MoS2复合物的制备与应用 |
| CN105944738A (zh) * | 2016-04-22 | 2016-09-21 | 河北工业大学 | 一种基于表面改性的TiO2/MoS2复合材料的制备方法 |
| CN106410132A (zh) * | 2016-11-09 | 2017-02-15 | 上海大学 | 二维片状MoS2@石墨烯复合纳米材料及其制备方法 |
| CN107159295A (zh) * | 2017-06-01 | 2017-09-15 | 苏州大学 | 一种可见光催化降解有机污染物的反蛋白石材料及其制备方法 |
| CN109465018A (zh) * | 2017-09-07 | 2019-03-15 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种纳米级负载型硫化钼催化剂的制备方法 |
| CN109904408A (zh) * | 2019-01-09 | 2019-06-18 | 哈尔滨工业大学（深圳） | MoS2纳米片镶嵌在碳基底复合材料的制备方法及应用 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| A pressure tuned stop-flow atomic layer deposition process for MoS2 on high porous nanostructure and fabrication of TiO2/MoS2 core/shell inverse opal structure;Xianglin Li et al.;《Applied Surface Science》;20170608;第422卷;第536-543页 * |
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