一种氮化碳/硫化钼异质结纳米材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种氮化碳/硫化钼异质结纳米材料及其制备方法。本发明专利技术的氮化碳/硫化钼异质结纳米材料的制备方法，包括以下步骤：1)将三聚氰胺于530～560℃下煅烧3～5h，得氮化碳；将氮化碳放入硝酸中于120～130℃回流10～12h，洗涤，烘干，得石墨相氮化碳；2)将钼酸钠、L‑半胱氨酸溶于水中，之后于180～200℃下反应24～30h，冷却，洗涤，烘干，得到硫化钼纳米片；3)将步骤1)制得的石墨相氮化碳、步骤2)制得的硫化钼纳米片、甲醇混合，室温搅拌24～28h，之后离心、干燥即得。本发明专利技术的氮化碳/硫化钼异质结纳米材料的制备方法，具有操作简单、时间短、成本低、重现性好等优点。

A Carbon Nitride/Molybdenum Sulfide Heterojunction Nanomaterial and Its Preparation Method

The invention relates to a carbon nitride/molybdenum sulfide heterojunction nanomaterial and a preparation method thereof. The preparation method of the carbon nitride/molybdenum sulfide heterojunction nano-material includes the following steps: 1) calcining melamine at 530-560 (?) for 3-5 h to obtain carbon nitride; refluxing carbon nitride into nitric acid at 120-130 (?) for 10-12 h, washing, drying, and obtaining graphite phase carbon nitride; 2) dissolving sodium molybdate and L cysteine in water. Then, molybdenum sulfide nanosheets were prepared by reaction at 180-200 (?) for 24-30 h, cooling, washing and drying. 3) Molybdenum sulfide nanosheets prepared by step 1) graphite phase carbon nitride and step 2) were mixed with methanol, stirred at room temperature for 24-28 h, then centrifuged and dried. The preparation method of the carbon nitride/molybdenum sulfide heterojunction nanomaterial has the advantages of simple operation, short time, low cost and good reproducibility.

【技术实现步骤摘要】
一种氮化碳/硫化钼异质结纳米材料及其制备方法
本专利技术涉及一种氮化碳/硫化钼异质结纳米材料及其制备方法。
技术介绍
二维层状的石墨相氮化碳具有无毒、成本低廉、光催化活性较高、带隙较窄以及化学稳定性和热稳定性好等优点，被广泛应用于光催化、传感、金属离子降解等领域。然而，由于氮化碳对光的吸收能力弱，以及光生电子空穴对易于复合，其广泛应用被大大限制。为了解决这一问题，研究人员针对提高碳化氮光电转换性能做出了不懈的努力。硫化钼作为一种典型的二维过渡金属硫族化合物，由于其具有比表面积大、导电性好、禁带宽度窄等优点，受到人们广泛的关注。目前已有文献报道氮化碳/硫化钼材料的制备及在光电化学方面的应用，但是制备出来的复合材料大多为简单的氮化碳负载硫化钼颗粒的结构，仅仅是将两种材料简单的复合在一起，其光电转换性能并未起到明显的提高。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的在于提供一种氮化碳/硫化钼异质结纳米材料的制备方法，该方法制得的氮化碳/硫化钼纳米材料具有异质结构，且硫化钼和氮化碳均为二维结构。本专利技术的第二个目的在于提供一种氮化碳/硫化钼异质结纳米材料。为实现以上目的，本专利技术的技术方案是：一种氮化碳/硫化钼异质结纳米材料的制备方法，包括以下步骤：1)将三聚氰胺于530～560℃下煅烧3～5h，得氮化碳；将氮化碳放入硝酸中于120～130℃回流10～12h，洗涤，烘干，得石墨相氮化碳；2)将钼酸钠、L-半胱氨酸溶于水中，之后于180～200℃下反应24～30h，冷却，洗涤，烘干，得到硫化钼纳米片；3)将步骤1)制得的石墨相氮化碳、步骤2)制得的硫化钼纳米片、甲醇混合，室温搅拌24～28h，之后离心、干燥即得。步骤1)中的硝酸的浓度为4～5mol/L。步骤1)中经煅烧生成的氮化碳颗粒尺寸较大为块状、比表面积低、量子效率低、容易团聚，将其与硝酸混合进行回流处理能改变氮化碳表面的电负性，引起电负性较大的N环和N原子的质子化，质子化后表面带电性由负变正，且电势绝对值增大，相同电荷层间的表面斥力抵抗分子间作用力，有效改善其分散性；另外硝酸回流处理后的氮化碳实现了对氮化碳的剥离，具有二维的超薄片状结构，使其具有更多的孔道、更大的比表面积和反应活性位点，具有更好的光生载流子分离和传输特性，有效抑制了光生电子和空穴的复合，提高光电催化效率。所述石墨相氮化碳为g-C3N4。步骤2)中的钼酸钠和L-半胱氨酸的质量比为0.5～1:0.8。步骤2)中的反应在高温反应釜中进行。以钼酸钠为钠源，L-半胱氨酸为S源，在上述质量比例条件下，钼酸钠与L-半胱氨酸于180～200℃下反应24～30h，得到二维的硫化钼纳米片。本专利技术以L-半胱氨酸为硫源，相比现有技术中以硫代乙酰胺为硫源，L-半胱氨酸无毒无害，绿色环保。步骤3)中的石墨相氮化碳与硫化钼纳米片的质量比为5％～25％：1。步骤3)中石墨相氮化碳与硫化钼纳米片在甲醇溶剂中经室温搅拌反应即可得到氮化碳/硫化钼异质结纳米材料。步骤3)中以甲醇为溶剂，甲醇溶剂可以将g-C3N4去质子化，进一步将其剥离成小而薄的碎片，分解为均匀的悬浮体，且不会影响氮化碳及硫化钼的二维结构，便于硫化钼负载在石墨相氮化碳的表面并形成具有异质结结构的纳米材料。步骤1)中升温至530～560℃的升温速率为5～10℃/min。步骤3)中的石墨相氮化碳与硫化钼纳米片的质量比为15％：1。步骤2)中的烘干温度为55～65℃。一种氮化碳/硫化钼异质结纳米材料，采用上述制备方法制得。所述氮化碳/硫化钼异质结纳米材料，二维的硫化钼纳米片负载在二维的氮化碳层上。与其它维度的的异质复合材料相比，二维材料接触面更大，接触更充分，更利于电子在界面处的转移，而且二维异质结构缩短了电荷运输的时间和距离，利于促进光生电子空穴对的分离，改善材料整体的光转换效率。本专利技术的氮化碳/硫化钼异质结纳米材料，二维的石墨相氮化碳与二维的硫化钼纳米片紧密接触，形成异质结构，本专利技术的氮化碳/硫化钼异质结纳米材料的光电流强度远高于单一的硫化钼和石墨相氮化碳。本专利技术的氮化碳/硫化钼异质结纳米材料具有丰富的耦合异质界面，更容易促进光生电荷的转移，抑制电子-空穴的重组，提高光电转换效率。本专利技术的氮化碳/硫化钼异质结纳米材料的制备方法，具有操作简单、时间短、成本低、重现性好等优点。本专利技术的氮化碳/硫化钼异质结纳米材料，基于碳化氮构建的二维/二维异质结纳米材料，具有丰富的耦合异质界面，更容易促进光生电荷的转移，抑制电子-空穴的重组。本专利技术的氮化碳/硫化钼异质结纳米材料，光电活性高、光催化能力强、稳定性好。附图说明图1为实施例3制得的氮化碳/硫化钼异质结纳米材料的TEM图；图2为实施例3制得的氮化碳/硫化钼异质结纳米材料的X射线光电子能谱图；图3为实施例1-5制得的氮化碳/硫化钼异质结纳米材料的光电性能测试图；图4为实施例3中的g-C3N4-MoS2异质结、未形成异质结的g-C3N4-MoS2、单一的MoS2、单一的g-C3N4的光电性能对比图。具体实施方式实施例1本实施例的氮化碳/硫化钼异质结纳米材料的制备方法，包括以下步骤：1)取5g三聚氰胺放入马弗炉中，以5℃/min的升温速率升温至530℃煅烧3h，得到块状氮化碳；取1g块状氮化碳转移到5mol/L的硝酸中，在120℃下回流10h，用超纯水洗至中性，得到石墨相氮化碳；2)取1g钼酸钠和0.8gL-半胱氨酸溶于50mL超纯水中，搅拌混合均匀，将混合物转移至高温反应釜中，在200℃下反应30h，待产品冷却到室温后，分别用水和无水乙醇洗涤三次，65℃下烘干得到硫化钼纳米片；3)将0.0025g石墨相氮化碳和0.05g硫化钼溶于25mL甲醇中，室温下磁力搅拌器搅拌28h，取出产品进行离心，60℃下烘干，得氮化碳/硫化钼异质结纳米材料。实施例2本实施例的氮化碳/硫化钼异质结纳米材料的制备方法，包括以下步骤：1)取5g三聚氰胺放入马弗炉中，以8℃/min的升温速率升温至560℃煅烧3h，得到块状氮化碳；取1g块状氮化碳转移到4mol/L的硝酸中，在130℃下回流12h，用超纯水洗至中性，得到石墨相氮化碳；2)取1g钼酸钠和0.8gL-半胱氨酸溶于50mL超纯水中，搅拌混合均匀，将混合物转移至高温反应釜中，在200℃下反应24h，待产品冷却到室温后，分别用水和无水乙醇洗涤三次，65℃下烘干得到硫化钼纳米片；3)将0.005g石墨相氮化碳和0.05g硫化钼溶于25mL甲醇中，室温下磁力搅拌器搅拌28h，取出产品进行离心，60℃下烘干，得氮化碳/硫化钼异质结纳米材料。实施例3本实施例的氮化碳/硫化钼异质结纳米材料的制备方法，包括以下步骤：1)取5g三聚氰胺放入马弗炉中，以10℃/min的升温速率升温至550℃煅烧4h，得到块状氮化碳；取1g块状氮化碳转移到5mol/L的硝酸中，在125℃下回流12h，用超纯水洗至中性，得到石墨相氮化碳；2)取0.5g钼酸钠和0.8gL-半胱氨酸溶于80mL超纯水中，搅拌混合均匀，将混合物转移至高温反应釜中，在180℃下反应24h，待产品冷却到室温后，分别用水和无水乙醇洗涤三次，60℃下烘干得到硫化钼纳米片；3)将0.0075g石墨相氮化碳和0.05g硫化钼溶于25mL甲醇中，室温下磁力搅拌器搅拌24h，取出产本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氮化碳/硫化钼异质结纳米材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将三聚氰胺于530～560℃下煅烧3～5h，得氮化碳；将氮化碳放入硝酸中于120～130℃回流10～12h，洗涤，烘干，得石墨相氮化碳；2)将钼酸钠、L‑半胱氨酸溶于水中，之后于180～200℃下反应24～30h，冷却，洗涤，烘干，得到硫化钼纳米片；3)将步骤1)制得的石墨相氮化碳、步骤2)制得的硫化钼纳米片、甲醇混合，室温搅拌24～28h，之后离心、干燥即得。

【技术特征摘要】
1.一种氮化碳/硫化钼异质结纳米材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将三聚氰胺于530～560℃下煅烧3～5h，得氮化碳；将氮化碳放入硝酸中于120～130℃回流10～12h，洗涤，烘干，得石墨相氮化碳；2)将钼酸钠、L-半胱氨酸溶于水中，之后于180～200℃下反应24～30h，冷却，洗涤，烘干，得到硫化钼纳米片；3)将步骤1)制得的石墨相氮化碳、步骤2)制得的硫化钼纳米片、甲醇混合，室温搅拌24～28h，之后离心、干燥即得。2.根据权利要求1所述的氮化碳/硫化钼异质结纳米材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中的硝酸的浓度为4～5mol/L。3.根据权利要求1所述的氮化碳/硫化钼异质结纳米材料的制备方法，其特征在于，步骤2)中的钼酸钠和L-...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹俊涛，刘洋，马燕，刘彦明，王辉，
申请(专利权)人：信阳师范学院，
类型：发明
国别省市：河南,41