一种ZnO/MoS2纳米片复合物光催化剂的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种ZnO/MoS2纳米片复合物光催化剂的制备方法，通过将少量氧化锌掺杂入二硫化钼中，得到一种廉价高效的光催化剂，具体由氧化锌、二水合钼酸钠和硫代乙酰胺通过水热法反应制得。本发明专利技术ZnO/MoS2纳米片复合物在常温、常压和光照下，就能快速将废水中有机污染物，特别是染料有机污染物降解为H2O﹑CO2等无污染物质，具有持久的光催化活性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种ZnO/MoS2纳米片复合物光催化剂的制备方法，具体属于光催化剂

技术介绍
在环境中，水污染是目前环境的主要污染之一，尤其是水体中的有机物污染。有机污染物的毒性较大、环境释放率较高、影响面也较广，由于其品种繁多及可观的生产量和使用量，给人类健康和环境带来了很大程度的危害。有机污染物使得土壤质量下降、水体水质污染、食品污染物残留超标，给环境带来了很大的破坏。我国水污染最主要的来源是工业废水﹑农业废水和城市生活污水，这些废水中主要污染物是可溶性有机污染物。它们通过各种途径进入环境，大部分进入水体，造成各种水体的污染。因此，建立有效的降解水中有机污染物的方法对于保护水资源起着重要的作用。光催化技术能将废水与废气中各种有机与无机物污染物完全降解为CO2和H2O,而且具有能耗低、二次污染少、反应条件适中和催化剂具有可重复利用的优点，所以光催化技术成为当前环境技术研究的热点。其中，ZnO是常见半导体中宽带隙很宽的材料,宽带系为Eg=3.37eV，可被用作光催化剂。层状纳米MoS2的宽带度为1.80eV左右，在可见光下具有光催化活性，同时MoS2在纳米结构时有较大的比表面积，从而增强了MoS2的光催化活性。所以，MoS2被广泛用于加氢脱硫，光解水制氢与光催化降解有机物等催化反应。以利用太阳能和废水处理为背景，提高ZnO在可见光的光催化活性作为目标，我们制备了ZnO/MoS2纳米片复合物。利用在可见光下降解罗丹明B为模型反应，观察该复合材料对光催化活性的影响，并且将ZnO/MoS2纳米片复合物应用于对有机污染物的降解。二硫化钼（MoS2）是辉钼矿的主要成分，是一种具有金属光泽的黑灰色固体粉末,性质稳定，不溶于水、稀酸和浓硫酸，一般不溶于其他酸、碱、有机溶剂中。二硫化钼和石墨相类似，属于六方晶系，MoS2的晶体有三种晶体结构：1T形、2H形、3R形。其中1T-MoS2与3R-MoS2属于亚稳定态，2H-MoS2是在常态下存在的，天然2H-MoS2是中典型的层状结构材料。由于MoS2具有特殊的结构与物理化学特性，所以其在各个领域都具有较为广泛的应用前景，然而纳米MoS2具有较大的比表面积与很高的表面活性，同时具有较强的吸附能力与催化性能等优点。其被广泛应用在加氢脱氮、润滑剂、电储氢、加氢脱硫与催化剂等领域应用。其主要应用还是属于加氢和润滑剂领域，在其他领域的应用还比较少。特别是其对于可见光下的难降解物质的降解难度较高。主要的原因是其表面的光生电子-空穴对较少，与水结合很难形成羟基自由基，从而难以大量降解水中的有机污染物。氧化锌是属于Ⅱ-Ⅵ族的化合物，其具有三种不同的晶体结构，四方岩盐矿、六方纤锌矿与立方闪锌矿三种结构。在自然条件下，立方纤锌矿和四方岩矿结构都是处于亚稳定状态，所以氧化锌（ZnO）是以六方对称的纤锌矿结构存在。由于氧化锌（ZnO）具有较宽的禁带宽度（3.37eV）,所以氧化锌（ZnO）是一种比较重要的半导体材料。氧化锌（ZnO）是种半导体催化剂的电子结构，在有光照条件下，当具有一定能量的光子或具有超过半导体禁带能量的光子进入半导体是，电子会从价带跃迁到导带，从而形成一个空穴。处于激发态的导带电子与价带空穴可以重新结和抵消输入的能量，价带的空穴能够把周围的羟基（OH-）电子抢夺过来，从而使羟基（OH-）变成自由基，因其具有强氧化性，能够对有机物进行降解，将病菌与病毒杀死。但是由于其有一些固有的缺陷，限制了其在现实中的利用。氧化锌是一种宽禁带半导体,只能吸收紫外光，而紫外光能量只占太阳光能量的4%，氧化锌对于太阳光的利用率很低；同时，紫外光激发半导体产生光生电子-空穴对，光生电子和空穴与附着在氧化锌上的有机污染物发生作用，将其降解为水和二氧化碳，但是光生电子和空穴的复合速率远大于与有机物发生作用的速率，这样大大降低了氧化锌光催化性能。常用的方法有朱芸，米文俊，马金楼，王强等的ZnO-MoS2异质结的光电特性一文，该文采用化学气相沉积法在Si衬底上先后沉积了Ag掺杂的MoS2薄膜和Ag掺杂的ZnO薄膜，形成ZnO-MoS2异质结，主要应用在光电领域，没有在光催化方面应用，生产的产品制备难度较高，主要属于晶膜的制备，与本文制备ZnO-MoS2纳米片复合物不同。本文制备的ZnO-MoS2纳米片复合物是ZnO与MoS2都是纳米片，是属于将两种纳米片材料复合到一起，在目前的文献中尚属首次。另外谓英华在MoS2微纳球和MoS2＠ZnO纳米异质结构的制备及性能研究一文中也对MoS2的制备方法和MoS2＠ZnO复合物的制备方法给予了叙述。普通制备方法中ZnO与MoS2两者的复合比例主要是ZnO占大比例，MoS2属于小比例，这样主要是利用ZnO的光催化性能和MoS2的高导电性能和高比表面积来相互促进。本专利技术复合物光催化剂中MoS2占大比例，ZnO占小比例，首次发现了质量比为10%的ZnO/MnS2也拥有很好的光催化性能，且质量比10%ZnO/MnS2纳米片复合物在做光催化罗丹明B的试验中，相同条件下，光催化能力比同类研究能力显著提高。而且同类研究没有涉及到如何制备ZnO与MoS2两种纳米片材料相互复合的方法，通过对同种物质罗丹明B的降解效果来看，相同条件下，本专利技术制备的复合物光催化性能优异。本专利技术制备的一种氧化锌纳米片-二硫化钼纳米片复合物拥有很多的优点。二硫化钼其拥有高比表面积﹑高导电性能和较好的光催化性能。其在光催化领域拥有较好的应用前景。但是由于其光生电子-空穴对较少，其光催化性能衰减很快。氧化锌是一种很成熟的光催化剂，其光催化性能很高，表面有大量的光生电子-空穴对，可以为二硫化钼提供大量的单独电子和空穴，但是其光生电子-空穴对复合速度远远大于电子转移速度，导致了光催化性能的降低。本专利技术将这两种物质相互复合，可以相互补充其性能。一方面由于二硫化钼的高导电性能，使得复合物光生电子-空穴对复合速度大大降低，给光催化反应提供了更多能量。另一方面二硫化钼的高比表面积为光催化反应提供了很多的反应位点，大大加速了光催化反应的进行。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种ZnO/MoS2纳米片复合物光催化剂的制备方法，所述的光催化剂由氧化锌纳米片、二水合钼酸钠和硫代乙酰胺通过水热反应制得，制备步骤如下：（1）合成ZnO纳米片在6-10mL无水乙醇中加入2-4mmol六水合硝酸锌、0.2-0.4mmol十二烷基硫酸钠，经磁力搅拌均匀，得到溶液A；在7-12mL去离子水中加入1-3mmol尿素，经磁力搅拌均匀，得到溶液B中；在不断搅拌的条件下，将溶液B逐滴滴入溶液A中，滴加完毕后，将得到的混合溶液转入聚四氟乙烯为内胆的不锈钢高压反应釜中；将不锈钢高压反应釜放入电热鼓风干燥箱中，维持100℃，反应6小时后，自然冷却至室温后，将反应产物进行离心分离，所得滤饼分别用无水乙醇和蒸馏水洗涤后，再在真空干燥箱中，维持60℃真空干燥12-14h；将真空干燥产物放入箱式电阻炉中，维持400℃煅烧2-3h，得到ZnO纳米片。（2）合成ZnO/MoS2纳米片将步骤（1）合成的ZnO纳米片、100-200mg二水合钼酸钠、300-400mg硫代乙酰胺加入到50-100mL去离子水中，经磁力搅本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ZnO/MoS2纳米片复合物光催化剂的制备方法，其特征在于：所述的光催化剂由氧化锌纳米片、二水合钼酸钠和硫代乙酰胺通过水热法制得，制备步骤如下：（1）合成ZnO纳米片在6‑10mL无水乙醇中加入2‑4mmol六水合硝酸锌、0.2‑0.4mmol十二烷基硫酸钠，经磁力搅拌均匀，得到溶液A；在7‑12mL去离子水中加入1‑3mmol尿素，经磁力搅拌均匀，得到溶液B中；在不断搅拌的条件下，将溶液B逐滴滴入溶液A中，滴加完毕后，将得到的混合溶液转入聚四氟乙烯为内胆的不锈钢高压反应釜中；将不锈钢高压反应釜放入电热鼓风干燥箱中，维持100℃，反应6小时后，自然冷却至室温后，将反应产物进行离心分离，所得滤饼分别用无水乙醇和蒸馏水洗涤后，再在真空干燥箱中，维持60℃真空干燥12‑14h；将真空干燥产物放入箱式电阻炉中，维持400℃煅烧2‑3h，得到ZnO纳米片；（2）合成ZnO/MoS2纳米片将步骤(1)合成的ZnO纳米片、100‑200mg二水合钼酸钠、300‑400mg硫代乙酰胺加入到50‑100mL去离子水中，经磁力搅拌均匀后倒入反应釜中；将反应釜放入电热鼓风干燥箱中，维持220℃反应20‑30h，再自然冷却至室温后，反应产物经离心分离处理，所得滤饼用去离子水离心2‑3次，其后再将滤饼进行冷冻干燥处理，得到ZnO‑MoS2纳米片复合物光催化剂，其中ZnO和MoS2的质量比为10%。...

【技术特征摘要】
1.一种ZnO/MoS2纳米片复合物光催化剂的制备方法，其特征在于：所述的光催化剂由氧化锌纳米片、二水合钼酸钠和硫代乙酰胺通过水热法制得，制备步骤如下：（1）合成ZnO纳米片在6-10mL无水乙醇中加入2-4mmol六水合硝酸锌、0.2-0.4mmol十二烷基硫酸钠，经磁力搅拌均匀，得到溶液A；在7-12mL去离子水中加入1-3mmol尿素，经磁力搅拌均匀，得到溶液B中；在不断搅拌的条件下，将溶液B逐滴滴入溶液A中，滴加完毕后，将得到的混合溶液转入聚四氟乙烯为内胆的不锈钢高压反应釜中；将不锈钢高压反应釜放入电热鼓风干燥箱中，维持100℃，反应6小时后，自然冷却至室温后，将反应产物进行离心分离...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢宇，宋健华，刘玉应，凌云，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：江西;36