CN111514908A - 一种MoS2-TiO2异质结光催化产氢材料及其制法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光催化产氢材料技术领域，且公开了一种MoS2‑TiO2异质结光催化产氢材料，包括以下配方原料及组分：多孔纳米TiO2空心微球、Na2MoO4、硫脲、H4[Si(W3O10)4]、AgNO3、十六烷基三甲基溴化铵。该一种MoS2‑TiO2异质结光催化产氢材料，多孔纳米TiO2空心微球，具有良好的纳米尺寸，比表面积巨大，增大了与光辐射的接触面积，暴露出更多的光催化活性位点，内部具有发达的孔隙和介孔结构，为光生电子的传输提供了扩散通道，纳米MoS2均匀地分散在多孔纳米TiO2空心微球的表面，形成异质结结构，促进了TiO2光生电子和空穴的分离，Ag的掺杂取代了部分Mo的晶格，降低了MoS2的禁带宽度和带隙，使MoS2光吸收边发生蓝移，使光催化材料在可见光区域具有良好的吸收和光化学活性。
Description
技术领域
本发明涉及光催化产氢材料技术领域，具体为一种MoS2-TiO2异质结光催化产氢材料及其制法。
背景技术
开发绿色高效的清洁能源是解决能源危机和环境污染问题最有效的方法，清洁能源如太阳能，风能，潮汐能等是可再生能源，资源丰富，可利用率高，太阳能是人类使用能源的重要组成部分，如何将太阳能转化为热能和化学能成为研究热点，氢能是世界上最干净的能源，氢是自然界存在最普遍的元素，氢气的燃烧热值高，燃烧性能优异，燃烧产物是水无污染，是最具有发展潜力的清洁能源。
目前对于工艺制氢气的方法主要有水煤气法制氢、天然气制氢、电解水制氢，其中光催化分解水产氢的一种新型的制氢方法，通过光催化将水分解生成H2和O2，将光能转化为化学能，当光辐射在半导体上，辐射的能量大于半导体的禁带宽度时，半导体内的电子从价带激发跃迁到导带，而空穴则留在价带上，使电子和空穴发生分离，电子和空穴分别将水还原成氢气或者将水氧化成氧气，目前的光催化半导体材料主要有钛酸盐如K2La2Ti3O10等、钽酸盐如KTaO3等；过渡金属硫化物如MoS2、CdS等，其中TiO2具有良好的光催化活性，是一种广泛使用的光催化材料，但是TiO2的带隙较大，光生电子很难从价带激发到导带，导致光生电子和空穴分离效率较低，并且TiO2在紫外光下具有光催化活性，但是对可见光的利用率很低，大大降低了光催化材料的产氢效率。
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种MoS2-TiO2异质结光催化产氢材料及其制法，解决了TiO2光催化产氢材料的光生电子和空穴分离效率不高，并且对可见光的利用率很低的问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种MoS2-TiO2异质结光催化产氢材料，包括以下按重量份数计的配方原料及组分：20-47份多孔纳米TiO2空心微球、15-22份Na2MoO4、12-20份硫脲、13-18份H4[Si(W3O10)4]、3-6份AgNO3、10-14份十六烷基三甲基溴化铵。
优选的，所述多孔纳米TiO2空心微球制备方法包括以下步骤：
(1)向反应瓶中加入乙醇溶剂和纳米SiO2，将反应瓶置于超声分散仪中，进行超声分散处理40-60min，向反应瓶中加入氨水调节溶液pH至8-10，再加入致孔剂，将反应瓶置于恒温水浴锅中，加热至40-50℃，使用折叠搅拌器，匀速搅拌30-60min，再加入异丙醇钛，温度升至50-70℃，匀速搅拌反应2-5h。
(2)将溶液转移进聚四氟乙烯反应釜，并置于烘箱中，加热至165-185℃，反应25-30h，将溶液过滤除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，固体产物置于氢氟酸溶液中，匀速搅拌进行刻蚀除去SiO2，过滤除去氢氟酸溶液，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到多孔纳米TiO2空心微球。
优选的，所述致孔剂为十二胺。
优选的，所述纳米SiO2的平均粒径为15-20nm。
优选的，所述纳米SiO2、十二胺和异丙醇钛的质量比为1-1.4:0.6-1.2:1。
优选的，所述折叠搅拌器包括搅拌轴，搅拌轴固定连接有连接槽，连接槽内部设置有滚轴，滚轴与滚动球活动连接，滚动球活动连接有滑动球，滑动球与扇片固定连接。
优选的，所述MoS2-TiO2异质结光催化产氢材料制备方法包括以下步骤：
(1)向反应瓶中加入蒸馏水、20-47份多孔纳米TiO2空心微球、15-22份Na2MoO4、12-20份硫脲，将反应瓶置于超声分散仪中，在40-50℃下进行超声分散处理20-40min，超声频率为25-40KHz，向反应瓶中加入10-14份十六烷基三甲基溴化铵和13-18份H4[Si(W3O10)4]，并置于恒温水浴锅中加热至40-60℃，使用折叠搅拌器，匀速搅拌30-60min，将溶液转移进聚四氟乙烯反应釜，并置于烘箱中，加热至190-220℃，反应50-60h，将溶液真空干燥除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到纳米MoS2负载多孔TiO2。
(2)向反应瓶中加入蒸馏水、纳米MoS2负载多孔TiO2和3-6份AgNO3，搅拌均匀后将溶液转移进聚四氟乙烯反应釜，并置于烘箱中，加热至190-230℃，反应40-50h，将溶液过滤除去溶剂，使用蒸馏水洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到MoS2-TiO2异质结光催化产氢材料，其中MoS2为Ag掺杂MoS2。
(三)有益的技术效果
与现有技术相比，本发明具备以下有益的技术效果：
该一种MoS2-TiO2异质结光催化产氢材料，以纳米SiO2为模板，十二胺为致孔剂，提高氢氟酸刻蚀，制备得到多孔纳米TiO2空心微球，具有良好的纳米尺寸，比表面积巨大，增大了与光辐射的接触面积，暴露出更多的光催化活性位点，提高了光催化材料对光能的利用率，并且内部具有发达的孔隙和介孔结构，为光生电子的传输提供了扩散通道。
该一种MoS2-TiO2异质结光催化产氢材料，以多孔纳米TiO2空心微球为载体，通过液相沉积法，制备得到纳米MoS2负载多孔TiO2，H4[Si(W3O10)4]作为生长抑制剂，减小了MoS2表面和边缘的电荷差，有利于形成纳米MoS2，纳米MoS2进入十六烷基三甲基溴化铵长碳链上，进行自组装，降低了纳米MoS2的表面积，有效抑制了纳米MoS2的团聚和进一步生长，使纳米MoS2均匀地分散在多孔纳米TiO2空心微球的表面，形成异质结结构，促进了TiO2光生电子和空穴的分离，增强了光分解水的产氢性能。
该一种MoS2-TiO2异质结光催化产氢材料，通过AgNO3为银源，制备得到Ag掺杂的MoS2，Ag的掺杂取代了部分Mo的晶格，降低了MoS2的禁带宽度和带隙，使MoS2光吸收边发生蓝移，使光催化材料在可见光区域具有良好的吸收和光化学活性，从而提高了光催化材料对光能的利用率和分解水的产氢效率。
附图说明
图1是本发明搅拌器正面示意图；
图2是本发明搅拌器扇片垂直调节示意图；
图3是本发明搅拌器扇片水平调节示意图。
1、搅拌轴；2、连接槽；3、滚轴；4、滚动球；5、滑动球；6、扇片。
具体实施方式
为实现上述目的，本发明提供如下具体实施方式和实施例：一种MoS2-TiO2异质结光催化产氢材料，包括以下按重量份数计的配方原料及组分：20-47份多孔纳米TiO2空心微球、15-22份Na2MoO4、12-20份硫脲、13-18份H4[Si(W3O10)4]、3-6份AgNO3、10-14份十六烷基三甲基溴化铵。
多孔纳米TiO2空心微球制备方法包括以下步骤：
(1)向反应瓶中加入乙醇溶剂和平均粒径为15-20nm的纳米SiO2，将反应瓶置于超声分散仪中，进行超声分散处理40-60min，向反应瓶中加入氨水调节溶液pH至8-10，再加入致孔剂十二胺，将反应瓶置于恒温水浴锅中，加热至40-50℃，使用折叠搅拌器，折叠搅拌器包括搅拌轴，搅拌轴固定连接有连接槽，连接槽内部设置有滚轴，滚轴与滚动球活动连接，滚动球活动连接有滑动球，滑动球与扇片固定连接，当水平或垂直调节滑动球与滚动球的接触角度，可以使扇片保持不同的方位和角度，当转动搅拌轴时，搅拌轴带动滚轴和滚动球旋转运动，滚动球带动滑动球和扇片以不同的方位和角度旋转运动，起到充分搅拌的作用，并且可以调节左右两侧扇片的角度，调节整体搅拌器的尺寸，使搅拌器进入口径较小的反应瓶如梨花瓶、锥形瓶中进行搅拌，匀速搅拌30-60min，再加入异丙醇钛，其中纳米SiO2、十二胺和异丙醇钛的质量比为1-1.4:0.6-1.2:1，温度升至50-70℃，匀速搅拌反应2-5h。
(2)将溶液转移进聚四氟乙烯反应釜，并置于烘箱中，加热至165-185℃，反应25-30h，将溶液过滤除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，固体产物置于氢氟酸溶液中，匀速搅拌进行刻蚀除去SiO2，过滤除去氢氟酸溶液，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到多孔纳米TiO2空心微球。
MoS2-TiO2异质结光催化产氢材料制备方法包括以下步骤：
(1)向反应瓶中加入蒸馏水、20-47份多孔纳米TiO2空心微球、15-22份Na2MoO4、12-20份硫脲，将反应瓶置于超声分散仪中，在40-50℃下进行超声分散处理20-40min，超声频率为25-40KHz，向反应瓶中加入10-14份十六烷基三甲基溴化铵和13-18份H4[Si(W3O10)4]，并置于恒温水浴锅中加热至40-60℃，使用折叠搅拌器，匀速搅拌30-60min，将溶液转移进聚四氟乙烯反应釜，并置于烘箱中，加热至190-220℃，反应50-60h，将溶液真空干燥除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到纳米MoS2负载多孔TiO2。
(2)向反应瓶中加入蒸馏水、纳米MoS2负载多孔TiO2和3-6份AgNO3，搅拌均匀后将溶液转移进聚四氟乙烯反应釜，并置于烘箱中，加热至190-230℃，反应40-50h，将溶液过滤除去溶剂，使用蒸馏水洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到MoS2-TiO2异质结光催化产氢材料，其中MoS2为Ag掺杂MoS2。
实施例1
(1)制备多孔纳米TiO2空心微球组分1：向反应瓶中加入乙醇溶剂和平均粒径为15nm的纳米SiO2，将反应瓶置于超声分散仪中，进行超声分散处理40min，向反应瓶中加入氨水调节溶液pH至8，再加入致孔剂十二胺，将反应瓶置于恒温水浴锅中，加热至40℃，使用折叠搅拌器，折叠搅拌器包括搅拌轴，搅拌轴固定连接有连接槽，连接槽内部设置有滚轴，滚轴与滚动球活动连接，滚动球活动连接有滑动球，滑动球与扇片固定连接，当水平或垂直调节滑动球与滚动球的接触角度，可以使扇片保持不同的方位和角度，当转动搅拌轴时，搅拌轴带动滚轴和滚动球旋转运动，滚动球带动滑动球和扇片以不同的方位和角度旋转运动，起到充分搅拌的作用，并且可以调节左右两侧扇片的角度，调节整体搅拌器的尺寸，使搅拌器进入口径较小的反应瓶如梨花瓶、锥形瓶中进行搅拌，匀速搅拌30min，再加入异丙醇钛，其中纳米SiO2、十二胺和异丙醇钛的质量比为1:0.6:1，温度升至50℃，匀速搅拌反应2h；
将溶液转移进聚四氟乙烯反应釜，并置于烘箱中，加热至165℃，反应25h，将溶液过滤除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，固体产物置于氢氟酸溶液中，匀速搅拌进行刻蚀除去SiO2，过滤除去氢氟酸溶液，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到多孔纳米TiO2空心微球组分1。
(2)制备纳米MoS2负载多孔TiO2组分1：向反应瓶中加入蒸馏水、47份多孔纳米TiO2空心微球组分1、15份Na2MoO4、12份硫脲，将反应瓶置于超声分散仪中，在40℃下进行超声分散处理20min，超声频率为25KHz，向反应瓶中加入10份十六烷基三甲基溴化铵和13份H4[Si(W3O10)4]，并置于恒温水浴锅中加热至40℃，使用折叠搅拌器，匀速搅拌30min，将溶液转移进聚四氟乙烯反应釜，并置于烘箱中，加热至190℃，反应50h，将溶液真空干燥除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到纳米MoS2负载多孔TiO2组分1。
(3)制备MoS2-TiO2异质结光催化产氢材料1：向反应瓶中加入蒸馏水、纳米MoS2负载多孔TiO2组分1和3份AgNO3，搅拌均匀后将溶液转移进聚四氟乙烯反应釜，并置于烘箱中，加热至190℃，反应40h，将溶液过滤除去溶剂，使用蒸馏水洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到MoS2-TiO2异质结光催化产氢材料1，其中MoS2为Ag掺杂MoS2。
实施例2
(1)制备多孔纳米TiO2空心微球组分2：向反应瓶中加入乙醇溶剂和平均粒径为15nm的纳米SiO2，将反应瓶置于超声分散仪中，进行超声分散处理60min，向反应瓶中加入氨水调节溶液pH至8，再加入致孔剂十二胺，将反应瓶置于恒温水浴锅中，加热至50℃，使用折叠搅拌器，折叠搅拌器包括搅拌轴，搅拌轴固定连接有连接槽，连接槽内部设置有滚轴，滚轴与滚动球活动连接，滚动球活动连接有滑动球，滑动球与扇片固定连接，当水平或垂直调节滑动球与滚动球的接触角度，可以使扇片保持不同的方位和角度，当转动搅拌轴时，搅拌轴带动滚轴和滚动球旋转运动，滚动球带动滑动球和扇片以不同的方位和角度旋转运动，起到充分搅拌的作用，并且可以调节左右两侧扇片的角度，调节整体搅拌器的尺寸，使搅拌器进入口径较小的反应瓶如梨花瓶、锥形瓶中进行搅拌，匀速搅拌60min，再加入异丙醇钛，其中纳米SiO2、十二胺和异丙醇钛的质量比为1:0.6:1，温度升至50℃，匀速搅拌反应2h；
将溶液转移进聚四氟乙烯反应釜，并置于烘箱中，加热至185℃，反应25h，将溶液过滤除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，固体产物置于氢氟酸溶液中，匀速搅拌进行刻蚀除去SiO2，过滤除去氢氟酸溶液，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到多孔纳米TiO2空心微球组分2。
(2)制备纳米MoS2负载多孔TiO2组分2：向反应瓶中加入蒸馏水、40份多孔纳米TiO2空心微球组分2、16.5份Na2MoO4、14.5份硫脲，将反应瓶置于超声分散仪中，在40℃下进行超声分散处理40min，超声频率为25KHz，向反应瓶中加入11份十六烷基三甲基溴化铵和14份H4[Si(W3O10)4]，并置于恒温水浴锅中加热至60℃，使用折叠搅拌器，匀速搅拌30min，将溶液转移进聚四氟乙烯反应釜，并置于烘箱中，加热至190℃，反应60h，将溶液真空干燥除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到纳米MoS2负载多孔TiO2组分2。
(3)制备MoS2-TiO2异质结光催化产氢材料2：向反应瓶中加入蒸馏水、纳米MoS2负载多孔TiO2组分2和4份AgNO3，搅拌均匀后将溶液转移进聚四氟乙烯反应釜，并置于烘箱中，加热至190℃，反应50h，将溶液过滤除去溶剂，使用蒸馏水洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到MoS2-TiO2异质结光催化产氢材料2，其中MoS2为Ag掺杂MoS2。
实施例3
(1)制备多孔纳米TiO2空心微球组分3：向反应瓶中加入乙醇溶剂和平均粒径为20nm的纳米SiO2，将反应瓶置于超声分散仪中，进行超声分散处理50min，向反应瓶中加入氨水调节溶液pH至9，再加入致孔剂十二胺，将反应瓶置于恒温水浴锅中，加热至45℃，使用折叠搅拌器，折叠搅拌器包括搅拌轴，搅拌轴固定连接有连接槽，连接槽内部设置有滚轴，滚轴与滚动球活动连接，滚动球活动连接有滑动球，滑动球与扇片固定连接，当水平或垂直调节滑动球与滚动球的接触角度，可以使扇片保持不同的方位和角度，当转动搅拌轴时，搅拌轴带动滚轴和滚动球旋转运动，滚动球带动滑动球和扇片以不同的方位和角度旋转运动，起到充分搅拌的作用，并且可以调节左右两侧扇片的角度，调节整体搅拌器的尺寸，使搅拌器进入口径较小的反应瓶如梨花瓶、锥形瓶中进行搅拌，匀速搅拌45min，再加入异丙醇钛，其中纳米SiO2、十二胺和异丙醇钛的质量比为1.2:1:1，温度升至60℃，匀速搅拌反应3h；
将溶液转移进聚四氟乙烯反应釜，并置于烘箱中，加热至175℃，反应27h，将溶液过滤除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，固体产物置于氢氟酸溶液中，匀速搅拌进行刻蚀除去SiO2，过滤除去氢氟酸溶液，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到多孔纳米TiO2空心微球组分3。
(2)制备纳米MoS2负载多孔TiO2组分3：向反应瓶中加入蒸馏水、33份多孔纳米TiO2空心微球组分3、19份Na2MoO4、16份硫脲，将反应瓶置于超声分散仪中，在45℃下进行超声分散处理30min，超声频率为35KHz，向反应瓶中加入12份十六烷基三甲基溴化铵和15.5份H4[Si(W3O10)4]，并置于恒温水浴锅中加热至50℃，使用折叠搅拌器，匀速搅拌45min，将溶液转移进聚四氟乙烯反应釜，并置于烘箱中，加热至200℃，反应55h，将溶液真空干燥除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到纳米MoS2负载多孔TiO2组分3。
(3)制备MoS2-TiO2异质结光催化产氢材料3：向反应瓶中加入蒸馏水、纳米MoS2负载多孔TiO2组分3和4.5份AgNO3，搅拌均匀后将溶液转移进聚四氟乙烯反应釜，并置于烘箱中，加热至210℃，反应45h，将溶液过滤除去溶剂，使用蒸馏水洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到MoS2-TiO2异质结光催化产氢材料3，其中MoS2为Ag掺杂MoS2。
实施例4
(1)制备多孔纳米TiO2空心微球组分4：向反应瓶中加入乙醇溶剂和平均粒径为20nm的纳米SiO2，将反应瓶置于超声分散仪中，进行超声分散处理50min，向反应瓶中加入氨水调节溶液pH至9，再加入致孔剂十二胺，将反应瓶置于恒温水浴锅中，加热至45℃，使用折叠搅拌器，折叠搅拌器包括搅拌轴，搅拌轴固定连接有连接槽，连接槽内部设置有滚轴，滚轴与滚动球活动连接，滚动球活动连接有滑动球，滑动球与扇片固定连接，当水平或垂直调节滑动球与滚动球的接触角度，可以使扇片保持不同的方位和角度，当转动搅拌轴时，搅拌轴带动滚轴和滚动球旋转运动，滚动球带动滑动球和扇片以不同的方位和角度旋转运动，起到充分搅拌的作用，并且可以调节左右两侧扇片的角度，调节整体搅拌器的尺寸，使搅拌器进入口径较小的反应瓶如梨花瓶、锥形瓶中进行搅拌，匀速搅拌60min，再加入异丙醇钛，其中纳米SiO2、十二胺和异丙醇钛的质量比为1.4:0.6:1，温度升至70℃，匀速搅拌反应2h；
将溶液转移进聚四氟乙烯反应釜，并置于烘箱中，加热至185℃，反应30h，将溶液过滤除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，固体产物置于氢氟酸溶液中，匀速搅拌进行刻蚀除去SiO2，过滤除去氢氟酸溶液，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到多孔纳米TiO2空心微球组分4。
(2)制备纳米MoS2负载多孔TiO2组分4：向反应瓶中加入蒸馏水、27份多孔纳米TiO2空心微球组分4、20.5份Na2MoO4、18份硫脲，将反应瓶置于超声分散仪中，在40℃下进行超声分散处理40min，超声频率为40KHz，向反应瓶中加入13份十六烷基三甲基溴化铵和16.5份H4[Si(W3O10)4]，并置于恒温水浴锅中加热至60℃，使用折叠搅拌器，匀速搅拌60min，将溶液转移进聚四氟乙烯反应釜，并置于烘箱中，加热至190℃，反应50h，将溶液真空干燥除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到纳米MoS2负载多孔TiO2组分4。
(3)制备MoS2-TiO2异质结光催化产氢材料4：向反应瓶中加入蒸馏水、纳米MoS2负载多孔TiO2组分4和5份AgNO3，搅拌均匀后将溶液转移进聚四氟乙烯反应釜，并置于烘箱中，加热至230℃，反应40h，将溶液过滤除去溶剂，使用蒸馏水洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到MoS2-TiO2异质结光催化产氢材料4，其中MoS2为Ag掺杂MoS2。
实施例5
(1)制备多孔纳米TiO2空心微球组分5：向反应瓶中加入乙醇溶剂和平均粒径为20nm的纳米SiO2，将反应瓶置于超声分散仪中，进行超声分散处理60min，向反应瓶中加入氨水调节溶液pH至10，再加入致孔剂十二胺，将反应瓶置于恒温水浴锅中，加热至50℃，使用折叠搅拌器，折叠搅拌器包括搅拌轴，搅拌轴固定连接有连接槽，连接槽内部设置有滚轴，滚轴与滚动球活动连接，滚动球活动连接有滑动球，滑动球与扇片固定连接，当水平或垂直调节滑动球与滚动球的接触角度，可以使扇片保持不同的方位和角度，当转动搅拌轴时，搅拌轴带动滚轴和滚动球旋转运动，滚动球带动滑动球和扇片以不同的方位和角度旋转运动，起到充分搅拌的作用，并且可以调节左右两侧扇片的角度，调节整体搅拌器的尺寸，使搅拌器进入口径较小的反应瓶如梨花瓶、锥形瓶中进行搅拌，匀速搅拌60min，再加入异丙醇钛，其中纳米SiO2、十二胺和异丙醇钛的质量比为1.4:1.2:1，温度升至70℃，匀速搅拌反应5h；
将溶液转移进聚四氟乙烯反应釜，并置于烘箱中，加热至185℃，反应30h，将溶液过滤除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，固体产物置于氢氟酸溶液中，匀速搅拌进行刻蚀除去SiO2，过滤除去氢氟酸溶液，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到多孔纳米TiO2空心微球组分5。
(2)制备纳米MoS2负载多孔TiO2组分5：向反应瓶中加入蒸馏水、20份多孔纳米TiO2空心微球组分5、22份Na2MoO4、20份硫脲，将反应瓶置于超声分散仪中，在50℃下进行超声分散处理40min，超声频率为40KHz，向反应瓶中加入14份十六烷基三甲基溴化铵和18份H4[Si(W3O10)4]，并置于恒温水浴锅中加热至60℃，使用折叠搅拌器，匀速搅拌60min，将溶液转移进聚四氟乙烯反应釜，并置于烘箱中，加热至220℃，反应60h，将溶液真空干燥除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到纳米MoS2负载多孔TiO2组分5。
(3)制备MoS2-TiO2异质结光催化产氢材料5：向反应瓶中加入蒸馏水、纳米MoS2负载多孔TiO2组分5和6份AgNO3，搅拌均匀后将溶液转移进聚四氟乙烯反应釜，并置于烘箱中，加热至230℃，反应50h，将溶液过滤除去溶剂，使用蒸馏水洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到MoS2-TiO2异质结光催化产氢材料5，其中MoS2为Ag掺杂MoS2。
将实施例1-5中的MoS2-TiO2异质结光催化产氢材料在CEL-SPEH2型光电催化分解水产氢系统中，进行光催化产氢性能测试，光催化材料质量分数为0.5％，助催化剂氯铂酸的浓度为0.2％，溶液为10％三乙醇胺的水溶液，500W氙灯作为光源，测试标准为GB/T26915-2011。
综上所述，该一种MoS2-TiO2异质结光催化产氢材料，以纳米SiO2为模板，十二胺为致孔剂，提高氢氟酸刻蚀，制备得到多孔纳米TiO2空心微球，具有良好的纳米尺寸，比表面积巨大，增大了与光辐射的接触面积，暴露出更多的光催化活性位点，提高了光催化材料对光能的利用率，并且内部具有发达的孔隙和介孔结构，为光生电子的传输提供了扩散通道。
以多孔纳米TiO2空心微球为载体，通过液相沉积法，制备得到纳米MoS2负载多孔TiO2，H4[Si(W3O10)4]作为生长抑制剂，减小了MoS2表面和边缘的电荷差，有利于形成纳米MoS2，纳米MoS2进入十六烷基三甲基溴化铵长碳链上，进行自组装，降低了纳米MoS2的表面积，有效抑制了纳米MoS2的团聚和进一步生长，使纳米MoS2均匀地分散在多孔纳米TiO2空心微球的表面，形成异质结结构，促进了TiO2光生电子和空穴的分离，增强了光分解水的产氢性能。
通过AgNO3为银源，制备得到Ag掺杂的MoS2，Ag的掺杂取代了部分Mo的晶格，降低了MoS2的禁带宽度和带隙，使MoS2光吸收边发生蓝移，使光催化材料在可见光区域具有良好的吸收和光化学活性，从而提高了光催化材料对光能的利用率和分解水的产氢效率。
Claims (7)
1.一种MoS2-TiO2异质结光催化产氢材料，包括以下按重量份数计的配方原料及组分，其特征在于：20-47份多孔纳米TiO2空心微球、15-22份Na2MoO4、12-20份硫脲、13-18份H4[Si(W3O10)4]、3-6份AgNO3、10-14份十六烷基三甲基溴化铵。
2.根据权利要求1所述的一种MoS2-TiO2异质结光催化产氢材料，其特征在于：所述多孔纳米TiO2空心微球制备方法包括以下步骤：
(1)向乙醇溶剂中加入纳米SiO2，将溶液进行超声分散处理40-60min，向溶液中加入氨水调节溶液pH至8-10，再加入致孔剂，将溶液加热至40-50℃，使用折叠搅拌器，匀速搅拌30-60min，再加入异丙醇钛，温度升至50-70℃，匀速搅拌反应2-5h；
(2)将溶液转移进聚四氟乙烯反应釜，加热至165-185℃，反应25-30h，将溶液除去溶剂，洗涤固体产物，固体产物置于氢氟酸溶液中，进行刻蚀除去SiO2，过滤除去氢氟酸溶液，洗涤固体产物并干燥，制备得到多孔纳米TiO2空心微球。
3.根据权利要求2所述的一种MoS2-TiO2异质结光催化产氢材料，其特征在于：所述致孔剂为十二胺。
4.根据权利要求2所述的一种MoS2-TiO2异质结光催化产氢材料，其特征在于：所述纳米SiO2的平均粒径为15-20nm。
5.根据权利要求2所述的一种MoS2-TiO2异质结光催化产氢材料，其特征在于：所述纳米SiO2、十二胺和异丙醇钛的质量比为1-1.4:0.6-1.2:1。
6.根据权利要求2所述的一种MoS2-TiO2异质结光催化产氢材料，其特征在于：所述折叠搅拌器包括搅拌轴，搅拌轴固定连接有连接槽，连接槽内部设置有滚轴，滚轴与滚动球活动连接，滚动球活动连接有滑动球，滑动球与扇片固定连接。
7.根据权利要求1所述的一种MoS2-TiO2异质结光催化产氢材料，其特征在于：所述MoS2-TiO2异质结光催化产氢材料制备方法包括以下步骤：
(1)向蒸馏水溶剂中加入20-47份多孔纳米TiO2空心微球、15-22份Na2MoO4、12-20份硫脲，将溶液在40-50℃下进行超声分散处理20-40min，超声频率为25-40KHz，向溶液中加入10-14份十六烷基三甲基溴化铵和13-18份H4[Si(W3O10)4]，加热至40-60℃，使用折叠搅拌器，匀速搅拌30-60min，将溶液转移进聚四氟乙烯反应釜，加热至190-220℃，反应50-60h，将溶液除去溶剂，洗涤固体产物并干燥，制备得到纳米MoS2负载多孔TiO2；
(2)向聚四氟乙烯反应釜中加入蒸馏水溶剂、纳米MoS2负载多孔TiO2和3-6份AgNO3，加热至190-230℃，反应40-50h，将溶液除去溶剂，洗涤固体产物并干燥，制备得到MoS2-TiO2异质结光催化产氢材料，其中MoS2为Ag掺杂MoS2。
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20200811 |