CN111672541B - 一种负载有MoS2量子点的中空共价三嗪基骨架材料的制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
一种负载有MoS2量子点的中空共价三嗪基骨架材料的制备方法和应用，所述制备方法按照如下步骤进行制备：(1)制备二氧化硅纳米球；(2)制备MoS2量子点溶液；(3)以步骤(1)制得的二氧化硅纳米球为模板制备得到中空共价三嗪基骨架材料，取制得的中空共价三嗪基骨架材料粉末分散在步骤(2)制得的MoS2量子点溶液中，超声0.5～1.5小时后，加入丙酮并搅拌12～36小时，最后通过离心收集产物，水洗并烘干获得负载有MoS2量子点的中空共价三嗪基骨架材料。本发明提供了所述负载有MoS2量子点的中空共价三嗪基骨架材料作为催化剂在可见光下分解水产氢中的应用，其极大地提升中空共价三嗪基骨架材料的催化活性，可以高效稳定地在可见光下分解水分子产氢。
Description
技术领域
本发明属于材料制备领域，涉及一种负载有MoS2量子点的中空共价三嗪基骨架材料的 制备方法和作为催化剂在可见光下分解水产氢中的应用。
背景技术
近年来，利用太阳光解水产氢的方法被认为是一种能够有效解决能源危机的绿色且对环 境无害的技术。一直以来，寻求高效稳定，且绿色无害的半导体材料是研究的热点。而具有 良好的光响应的共价三嗪基骨架材料因其无金属、具有高催化性和优异的化学稳定性等特点 而备受关注(Y.J.Wang,Q.S.Wang,X.Y.Zhan,F.M.Wang,M.Safdar,J.He,Nanoscale2013,5, 8326–8339；b)Y.W.Zhang,J.H.Liu,G.Wu,W.Chen,Nanoscale2012,4,5300–5303；c)J.M. Thomas,ChemSusChem2014,7,1801.)。中空的共价三嗪基骨架材料则更利于传质，且具有表 面积大，表面容易修饰，高导电性等优点而被广泛应用于各类光催化研究。中空的共价三嗪 基骨架材料，由于其光生电子与空穴对容易再度结合，导致在可见光解水产氢中表现出较差 的催化活性。所以如何有效负载共价三嗪基骨架材料，利用其优异性质来高效产氢是一项巨 大的挑战。MoS2量子点为微小的片层材料，可以紧密地负载于共价三嗪基骨架材料之上，通 过加快光生电子和空穴对的分离和传递来提升催化剂活性，以稳定高效地产氢。但MoS2纳 米片容易团聚，制取条件苛刻且繁琐，因此如何简便制取MoS2量子点溶液，并有效负载于 共价三嗪基骨架材料之上则至关重要。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种负载有MoS2量子点中空共价三嗪基骨架材料的制备 方法，通过简便的搅拌反应有效地在中空三嗪基骨架材料上负载MoS2量子点，通过两者之 间薄层相互作用，促进了界面电荷的转移和分离，以降低电子-空穴对复合率、加速电子转移， 而构建能够进行高效能量存储和转化的光催化剂。
本发明的第二个目的是提供制得的负载有MoS2量子点中空共价三嗪基骨架材料作为催 化剂在可见光下分解水分子产氢中的应用，其极大地提升中空共价三嗪基骨架材料的催化活 性以高效稳定地在可见光下分解水分子产氢。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供了一种负载有MoS2量子点的中空共价三嗪基骨架材料的制备方法，其按照 如下步骤进行制备：
(1)制备二氧化硅纳米球：将乙醇、正硅酸乙酯、去离子水和25％～28％氨水添加到三 颈烧瓶中，30～50℃下剧烈搅拌1～3小时，将溶液离心后所得的产物分别用水和乙醇洗涤并烘 干，研磨后得到白色粉末，为有序的二氧化硅模板；其中乙醇、正硅酸乙酯、去离子水和氨 水的体积之比为220:(15～20):(25～35)：(7.5～12.5)；
(2)MoS2量子点溶液通过如下方法制得:将MoS2粉末分散于0.5～2mg/ml的单宁酸水 溶液之中，在20-30℃水浴下，持续超声3～5小时，之后通过离心获取上清液，得到均一稳定 的MoS2量子点溶液；其中MoS2粉末与单宁酸水溶液的投料比为1mg：0.25-1mL；
(3)负载有MoS2量子点中空共价三嗪基骨架材料的制备：以步骤(1)制得的二氧化硅纳米球为模板制备得到中空共价三嗪基骨架材料，取制得的中空共价三嗪基骨架材料粉末 分散在步骤(2)制得的MoS2量子点溶液中，超声0.5～1.5小时后，加入丙酮并搅拌12～36 小时，最后通过离心收集产物，水洗并烘干获得负载有MoS2量子点的中空共价三嗪基骨架 材料。
本发明步骤(1)中，添加的乙醇、正硅酸乙酯、去离子水和氨水的体积之比优选为220: (15～16):(25～30):(7.5～10)，更优选为220:18:30:10.5。作为优选，反应温度为40℃，反应 时间为2h。
本发明步骤(2)中，单宁酸的加入目的是有效防止MoS2纳米片的团聚，并有效节约成 本。作为优选，所述单宁酸水溶液的浓度为1mg/ml。作为优选，MoS2粉末与单宁酸水溶液的投料比为1mg：0.5ml。作为优选，步骤(2)中的超声条件为：在25℃水浴下，持续超声 (优选在300w功率条件下)4小时。作为优选，步骤(2)中所述的离心是在10000转离心 10分钟。
本发明步骤(3)中，以步骤(1)制得的二氧化硅纳米球为模板制备得到中空共价三嗪 基骨架材料可参照文献[Tao Zeng,Shuqi Li,Yi Shen,Haiyan Zhang,Hongru Feng,Xiaole Zhang, Lingxiangyu Li,Zongwei Cai,Shuang Song.Sodium doping and 3Dhoneycomb nanoarchitecture: Key features of covalent triazine-basedframeworks(CTF)organocatalyst for enhancedsolar-driven advanced oxidationprocesses.Applied Catalysis B:Environmental 257(2019)117915]进行，具体 而言，可按照如下步骤进行制备：将1,4-对苯二腈溶解在三氟甲烷磺酸后，添加二氧化硅纳 米球，0℃下搅拌1.5小时后放入100℃烘箱中20min，使得1,4-对苯二腈聚合为共价三嗪基骨 架材料，用水和乙醇充分洗涤，于60℃真空干燥后，将所获得粉末添加到氢氧化钠溶液之中， 置于60℃条件下，保持10小时后离心，水洗并烘干得到淡黄色粉末，为中空共价三嗪基骨 架材料。
其中，添加的二氧化硅纳米球与1,4-对苯二腈和三氟甲烷磺酸的投料比为3g:(1～2)g:(4～6) mL，优选为3g:1g:5mL。优选的，氢氧化钠溶液的浓度为0.5M，目的是既能有效刻蚀，又能 节约经济且避免材料结构坍塌。
本发明步骤(3)中，中空共价三嗪基骨架材料粉末与MoS2量子点溶液的投料比为0.2g： 5～40ml，更优选为0.2g：30ml。
本发明步骤(3)中，优选在超声(优选300w功率)1小时后，加入丙酮并搅拌24小时。
本发明制备得到的负载有MoS2量子点的中空共价三嗪基骨架材料，MoS2量子点生长于 三维的中空共价三嗪基骨架材料之上，所述的MoS2量子点的直径大小小于20nm，平均直径 在5～10nm。
本发明进一步提供了所述负载有MoS2量子点的中空共价三嗪基骨架材料作为催化剂在 可见光下分解水产氢中的应用。
与现有技术相比，本发明的优势在于：
1.本发明通过简便的搅拌反应有效地在中空三嗪基骨架材料上负载MoS2量子点，通过两 者之间薄层相互作用，促进了界面电荷的转移和分离，以降低电子-空穴对复合率、加速电子 转移，而构建了能够进行高效能量存储和转化的光催化剂。
2.本发明所述的材料的制备过程简便且温和，材料中不含有贵金属，经济且环境好，且 材料稳定，可重复利用。
3、本发明制得的负载有MoS2量子点中空共价三嗪基骨架材料极大地提升中空共价三嗪 基骨架材料的催化活性，可以高效稳定地在可见光下分解水分子产氢。
附图说明
图1为按实例1方法制备的负载有MoS2量子点中空共价三嗪基骨架材料的扫描电子显 微镜(SEM)
图2为按实例1方法制备的负载有MoS2量子点中空共价三嗪基骨架材料的透射电子显 微镜(TEM)图
图3为按实例1方法制备的负载有MoS2量子点中空共价三嗪基骨架材料的高分辨率透 射电子显微镜(HRTEM)图
图4为按实例1方法制备的负载有MoS2量子点中空共价三嗪基骨架材料 (MoS2QDs-HCTF)与纯中空共价三嗪基骨架材料(HCTF)的X射线粉末衍射(XRD)图
图5为按实例1方法制备的负载有MoS2量子点中空共价三嗪基骨架材料 (MoS2QDs-HCTF)与纯中空共价三嗪基骨架材料(HCTF)的傅里叶变换红外光谱(FT-IR)图
图6为按实例1方法制备的负载有MoS2量子点中空共价三嗪基骨架材料 (MoS2QDs-HCTF)与纯中空共价三嗪基骨架材料(HCTF)的X射线光电子能谱分析(XPS)
图7为按实例1方法制备的负载有MoS2量子点中空共价三嗪基骨架材料 (MoS2QDs-HCTF)与纯中空共价三嗪基骨架材料(HCTF)以及纯MoS2量子点的光催化产氢 的对比效果图
图8为按实例1方法制备的负载有MoS2量子点中空共价三嗪基骨架材料的光催化循环 实验效果图
具体实施方式
下面结合附图与具体实施例，进一步对本发明进行阐述以便于本领域的相关人员进一步 了解。本发明中试剂或材料，若无特殊说明，均为市售产品，且无进一步处理。
实施例1本发明所述负载有MoS2量子点中空共价三嗪基骨架材料的制备方法：
本发明所述的负载有MoS2量子点中空共价三嗪基骨架材料的制备方法可分为三步：
(1)二氧化硅纳米球的制备：将乙醇，正硅酸乙酯，去离子水和25％～28％氨水以体积 比为220:18:30:10.5的比例添加到三颈烧瓶中，40℃下剧烈搅拌2小时，将溶液离心后所得的 产物用水和乙醇分别洗涤3次并烘干，研磨后得到白色粉末，为有序的二氧化硅模板。
(2)MoS2量子点溶液的制备:将120mg的MoS2粉末分散于60ml的1mg/ml的单宁酸 溶液之中，在25℃水浴下，持续超声(300w功率)4小时，之后通过10000转离心10分钟 获取上清液，得到均一稳定的MoS2量子点溶液。
(3)负载有MoS2量子点中空共价三嗪基骨架材料的制备：将0.5g的1,4-对苯二腈溶解 在2.5ml的三氟甲烷磺酸后，将1.5g制备好的SiO2纳米球加入后，0℃下搅拌1.5h后放入100℃ 烘箱中20min，使得1,4-对苯二腈聚合为共价三嗪基骨架材料，用水和乙醇分别洗涤三遍，于 60℃真空干燥后，获得白色粉末。将0.6g上述所得粉末分散在200ml的0.5M氢氧化钠溶液 中，置于60℃，保持10小时后通过离心，水洗并烘干得到淡黄色粉末。取0.2g上述粉末分 散在30ml提前制备好的MoS2量子点溶液中。在超声(300w功率)1小时后，加入20ml丙 酮并搅拌24小时，最后通过离心收集产物，水洗并烘干获得负载有MoS2量子点中空共价三 嗪基骨架材料。
实施例2本发明所述负载有MoS2量子点中空共价三嗪基骨架材料的结构表征。
(1)形貌表征
SEM和TEM图像(图1-2)显示了独特的多层且相互连接的多孔结构，在负载MoS2量子点后孔道没有明显塌陷，表明该材料结构稳定且坚固。HRTEM图像(图3)清楚地表明，MoS2量子点的平均直径约为5nm，并且MoS2量子点均匀分布在中空共价三嗪基骨架材料 表面。
(2)晶形表征
通过(图4)可见，在负载MoS2量子点前后，中空共价三嗪基骨架材料都有两个明显的衍射峰，这分别14.2°对应于聚合物网的远程分子序的(100)晶面，而25.7°则对应于共轭芳 族体系的层间堆叠的(002)晶面。值得注意的是，在39.1°处观察到弱的衍射峰，这对应于 对应的MoS2(103)晶面的特征峰。该结果证实了MoS2量子点成功负载于中空共价三嗪基骨架材料表面。
(3)官能团表征
傅立叶变换红外光谱仪显示，在引入MoS2量子点前后，中空共价三嗪基骨架材料显示 出相似的特征FT-IR振动带(图5)。在750–810cm-1和1330–1600cm-1附近的峰分 别对应于三嗪单元的典型呼吸模式和三嗪环中芳族C＝N键的拉伸模式。FT-IR结果表明， 在引入MoS2量子点前后，中空共价三嗪基骨架材料的化学结构未发生明显变化。
(4)X射线光电子能谱分析
通过XPS测量获得了有关本发明材料化学状态的基本信息。该材料的C1s结合能峰可 分解为四个峰，如图6的(a)可见，284.6eV，286.8eV，288.2eV和291.4eV的峰分别对 应于sp2杂化键C-C，sp2杂化碳(N-C＝N)，C＝O键和芳族碳。而N1s的光谱可在图6 的(b)上看到有398.6eV和399.9eV峰，分别属于与碳原子键合的sp2杂化芳族氮(C＝N-C) 和未缩合的腈基。在样品的Mo2d光谱中(图6的(c))，位于229.2eV和232.3eV处的 峰归分别属于Mo3d5/2和Mo3d3/2轨道，对应于MoS2的Mo4+。如图6的(d)可见，位 于161.5eV和163.23eV的峰分别对应于S2-的S2p1/2和S2p3/2轨道。XPS分析表明，分布 在中空共价三嗪基骨架材料上的S和Mo元素主要以MoS2的形式存在，未存在发生氧化的情 况存在。
实施例3本发明所述负载有MoS2量子点中空共价三嗪基骨架材料在可见光下光解水产 生氢气
负载有MoS2量子点中空共价三嗪基骨架材料制备过程同实例1
实验方法：
(一)光催化产氢实验：将50mg的材料粉末分散在100ml的反应液中，反应液中含有10％体积分数的TEOA，和一定量的氯铂酸，使得材料最终载铂量为3wt％。将该分散液在300W 超声半小时后，置于300W氙灯下光照1小时光沉积载Pt，然后通Ar气曝气半小时，转移进 入260ml的封闭圆柱形光反应器内再通氩气半小时，反应温度保持在25±1℃。
选择截止波长为420nm的300W Xeon灯(PLSSXE300；Beijing Perfect LightCo.，Ltd， 中国北京)作为光源。经测量，反应器上的实际辐照强度约为60.2mW cm-2。反应时间为4 小时，每隔半小时取一次样，通过7890B气相色谱仪(GC；安捷伦，美国)使用氩气作为载气，确定析出的H2量。
作为对比的，将纯的中空共价三嗪基骨架材料粉末，以及纯的MoS2量子点粉末通过 与上述相同的方法进行，作为对比试验。
如图7所示，纯MoS2量子点粉末的反应中几乎基本没有氢气产生，这表明纯MoS2量子点粉末没有足够活性来光催化产氢。纯中空共价三嗪基骨架材料的产氢速率为127.9μmol/h.g，而实例1所述的负载有MoS2量子点中空共价三嗪基骨架材料的产氢速率约为纯中空共价三嗪基骨架材料的8倍，经计算为1070μmol/h.g。
(二)光催化产氢循环实验：进行过光催化产氢实验的粉末通过抽滤的方式回收，并在 60℃下真空干燥12小时，再将回收的粉末取50mg分散在100ml的反应液中，反应液中含有10％体积分数的TEOA，将该分散液在300W超声半小时后，然后通Ar气曝气半小时，转移进入260ml的封闭圆柱形光反应器内再通氩气半小时，反应温度保持在25±1℃。选择截止波 长为420nm的300W Xeon灯(PLSSXE300；Beijing Perfect LightCo.，Ltd，中国北京)作为光源。经测量，反应器上的实际辐照强度约为～60.2mWcm-2。反应时间为4小时，每隔 半小时取一次样，通过7890B气相色谱仪(GC；安捷伦，美国)使用氩气作为载气，确定析 出的H2量。循环实验共进行3组，每组进行4小时。
如图8所示，在进行3轮循环产氢后，本发明所述的材料产氢速率只表现出轻微下降， 证明材料具有较高的稳定性和重复利用性。
本发明的保护内容不局限于以上实施例子，在不背离发明构思的精神和范围下，本领 域的相关人员所能构想的优点和特征都被包含在本发明中，并且以所附的权利要求为保护范 围。
Claims (11)
1.一种负载有MoS2量子点的中空共价三嗪基骨架材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法按照如下步骤进行制备：
（1）制备二氧化硅纳米球：将乙醇、正硅酸乙酯、去离子水和25%~28%氨水添加到三颈烧瓶中，30~50℃下剧烈搅拌1~3小时，将溶液离心后所得的产物分别用水和乙醇洗涤并烘干，研磨后得到白色粉末，为有序的二氧化硅模板；其中乙醇、正硅酸乙酯、去离子水和氨水的体积之比为 220:（15~20）:(25~35)：（7.5~12.5）；
（2）MoS2量子点溶液通过如下方法制得: 将MoS2粉末分散于0.5~2mg/ml的单宁酸水溶液之中，在20-30℃水浴下，持续超声3~5小时，之后通过离心获取上清液，得到均一稳定的MoS2量子点溶液；其中MoS2粉末与单宁酸水溶液的投料比为1mg：0.25-1 mL；
（3）负载有MoS2量子点中空共价三嗪基骨架材料的制备：以步骤（1）制得的二氧化硅纳米球为模板制备得到中空共价三嗪基骨架材料，取制得的中空共价三嗪基骨架材料粉末分散在步骤（2）制得的MoS2量子点溶液中，超声0.5~1.5小时后，加入丙酮并搅拌12~36小时，最后通过离心收集产物，水洗并烘干获得负载有MoS2量子点的中空共价三嗪基骨架材料。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，添加的乙醇、正硅酸乙酯、去离子水和氨水的体积之比为220:（15~16）: (25~30) :(7.5~10)。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，添加的乙醇、正硅酸乙酯、去离子水和氨水的体积之比为220:18:30:10.5。
4.如权利要求1-3之一所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，反应温度为40℃，反应时间为2h。
5.如权利要求1-3之一所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述单宁酸水溶液的浓度为1mg/ml，MoS2粉末与单宁酸水溶液的投料比为1mg：0.5ml。
6.如权利要求1-3之一所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，在25℃水浴下，持续超声4小时。
7.如权利要求1-3之一所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述的离心是在10000转离心10分钟。
8.如权利要求1-3之一所述的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，中空共价三嗪基骨架材料粉末与MoS2量子点溶液的投料比为0.2g：5~40ml。
9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，中空共价三嗪基骨架材料粉末与MoS2量子点溶液的投料比为0.2g：30ml。
10.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，在超声1小时后，加入丙酮并搅拌24小时。
11.根据权利要求1所述制备方法制得的负载有MoS2量子点的中空共价三嗪基骨架材料作为催化剂在可见光下分解水产氢中的应用。
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| Nanocomposite membranes embedded with functionalized MoS2 nanosheets for enhanced interfacial compatibility and nanofltration performance;Meng-Qi Ma，等;《Journal of Membrane Science》;20190730;第117316页 * |
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