一种碳化钛片层/硫化钼纳米片/二氧化钛纳米片复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种碳化钛片层/硫化钼纳米片/二氧化钛纳米片复合材料及其制备方法，步骤为：钛铝碳和氢氟酸混合反应后，将得到的沉淀物A进行水热反应，水热反应得到的沉淀物C中加入硫代钼酸盐溶液，经过光还原反应得到碳化钛片层/硫化钼纳米片/二氧化钛纳米片复合材料。复合材料作为光催化剂在光催化分解水中的应用。复合材料是具有无贵金属双助催化剂的高效光解水催化剂，显著提高了光催化效果。

A Titanium Carbide Laminate/Molybdenum Sulfide Nanosheet/Titanium Dioxide Nanosheet Composite and Its Preparation Method

The invention relates to a titanium carbide sheet/molybdenum sulfide nanosheet/titanium dioxide nanosheet composite material and a preparation method thereof. The steps are as follows: after the mixed reaction of titanium-aluminium-carbon and hydrofluoric acid, the precipitate A obtained is hydrothermal reaction, and the precipitate C obtained by hydrothermal reaction is added with thiomolybdate solution, and the titanium carbide sheet/molybdenum sulfide nanosheet/titanium dioxide nanosheet is obtained by photoreduction reaction. Sheet composite material. Application of composite materials as photocatalysts in photocatalytic decomposition of water. Composite materials are highly efficient photocatalysts for photolysis of water without noble metal double-promoters, which significantly improve the photocatalytic effect.

【技术实现步骤摘要】
一种碳化钛片层/硫化钼纳米片/二氧化钛纳米片复合材料及其制备方法
本专利技术属于催化剂材料制备
，具体涉及一种碳化钛片层/硫化钼纳米片/二氧化钛纳米片复合材料及其制备方法。
技术介绍
随着全球化石能源的快速消耗和环境的日益恶化，开发环境友好、成本低廉、资源丰富的可再生能源已经成为人类面临的亟待解决的问题。作为一种环境友好型能源，氢气的热值高，便于运输、可再生，因此将太阳能转换成氢能是最理想的开发新能源的方法之一。光解水制氢可以直接利用太阳能分解水制取氢气，不消耗其他能源，并且对环境无污染，受到研究人员的广泛关注,成为最理想的制氢途径。TiO2因具有稳定的光电化学性能、成本低廉、耐腐蚀、氧化还原能力强等优异性能,成为最有前景的光催化剂之一。在光催化分解水中，助催化剂是光解水中必不可少的辅助性物质，它可以促进光生电子的传输，和电子空穴对的分离，有效的提高光解水效率。但是目前普遍应用的助催化剂为贵金属铂、金等，由于其价格昂贵、产量少等因素，因此发展利用新的助催化剂十分必要。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的问题，本专利技术的一个目的是提供一种碳化钛片层/硫化钼纳米片/二氧化钛纳米片复合材料及其制备方法。为了解决以上技术问题，本专利技术的技术方案为：一种碳化钛片层/硫化钼纳米片/二氧化钛纳米片复合材料的制备方法，步骤为：钛铝碳和氢氟酸混合反应后，将得到的沉淀物A进行水热反应，水热反应得到的沉淀物C中加入硫代钼酸盐，经过光还原反应得到碳化钛片层/硫化钼纳米片/二氧化钛纳米片复合材料。上述碳化钛片层/硫化钼纳米片/二氧化钛纳米片复合材料的制备方法，具体步骤为：1)氢氟酸溶液和钛铝碳在室温下反应后过滤得到沉淀物A；2)在沉淀物A中加入氟硼酸钠、盐酸溶液、去离子水进行水热反应后过滤得到沉淀物C；3)将沉淀物C和硫代钼酸盐溶液混合后经过光还原反应后的混合液经过过滤、洗涤、真空保温得到碳化钛片层/硫化钼纳米片/二氧化钛纳米片复合材料。优选的，步骤1)中氢氟酸溶液的质量分数为35-45％；优选的，钛铝碳的粉末颗粒度为100-400目，优选为200-300目；优选的，氢氟酸和钛铝碳反应的时间为65-78小时；优选的，1克的钛铝碳对应的氢氟酸溶液的体积为90-110毫升。优选的，步骤2)中沉淀物A和氟硼酸钠、盐酸溶液、去离子水混合后进行磁力搅拌，搅拌的时间为6-20min；优选的，步骤2)中盐酸溶液的浓度为0.05-0.15M，优选为0.08M-0.1M；优选的，水热反应的温度为100-200℃，可选为120℃、140℃、160℃；优选的，水热反应的时间为5-20小时，优选为12-14小时；优选的，沉淀物A的质量、氟硼酸钠的质量的比为8-12：1；优选的，1克的沉淀物A对应的盐酸溶液的体积为80-120毫升。优选的，步骤3)中沉淀物C和硫代钼酸盐溶液中的钼元素的质量比为0.1-0.3；优选的，沉淀物C和硫代钼酸盐溶液混合后进行搅拌，搅拌的时间为6-20分钟；优选的，硫代钼酸盐为硫代钼酸铵；优选的，光催化还原的光源为氙灯；进一步优选的，氙灯的功率为280-320瓦；进一步优选的，氙灯照射的时间为1-5小时，可选为2-3小时。优选的，步骤3)中真空保温的温度为50-70℃；优选的，真空保温的时间为10-15小时。上述方法得到的碳化钛片层/硫化钼纳米片/二氧化钛纳米片复合材料。氢氟酸和钛铝碳反应得到二维过度金属碳化物，二维过度金属碳化物通过水热反应，二维过度金属碳化物生长得到碳化钛片层和二氧化钛纳米片的结构，其表面负载上硫代钼酸盐后通过光还原得到硫化钼从而得到碳化钛片层/硫化钼纳米片/二氧化钛纳米片符合材料。上述碳化钛片层/硫化钼纳米片/二氧化钛纳米片复合材料作为光催化剂的应用。上述光催化剂在光催化分解水中的应用。本专利技术的有益效果：本申请采用氢氟酸和钛铝碳进行反应得到二维过度金属碳化物，然后又经过水热法使二维结构生长为三维结构，三维结构加入到硫代钼酸铵溶液中，经过光还原得到硫化钼，碳化钛由于其良好的导电性，以及拥有较大比表面积的独特的片层结构。因此其具有成为良好助催化剂的潜力。又硫化钼作为已知的有效的助催化剂，将二者与二氧化钛等光催化剂进行有效结合，充分利用其导电性，可以实现助催化剂方面的应用。获得具有高效光解水效果的理想光催化剂；本专利技术提供一种碳化钛片层/硫化钼纳米片/二氧化钛纳米片复合材料，所述碳化钛片层/硫化钼纳米片/二氧化钛纳米片复合材料是通过上述制备方法制取的，所述碳化钛片层/硫化钼纳米片/二氧化钛纳米片复合材料是具有无贵金属双助催化剂的高效光解水催化剂；一种碳化钛片层/硫化钼纳米片/二氧化钛纳米片复合材料，通过光还原硫代钼酸铵为硫化钼纳米片并选择性沉积到二氧化钛的(101)晶面上，二氧化钛的(101)晶面富集电子，电子具有还原性从而在光照的作用下将硫代钼酸铵还原为硫化钼，从而使二氧化钛暴露更多的高活性的(001)晶面，TiO2纳米片的上下两面为高活性的空穴富集的(001)晶面，四周为低活性的电子富集的(101)晶面。操作过程简单，生产成本低。制得的碳化钛片层/硫化钼纳米片/暴露(001)晶面二氧化钛纳米片复合材料，实现具有无贵金属的双助催化剂存在的高效光催化剂，并且有效促进光生电子的传输，和光生电子空穴对的分离，显著提高了光催化效果。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1为实施例2中制得的碳化钛片层/硫化钼纳米片/二氧化钛纳米片复合材料的X射线光电子能谱；图2为实施例2中制得的碳化钛片层/硫化钼纳米片/二氧化钛纳米片复合材料的扫描电镜图；图3为实施例2中制得的碳化钛片层/硫化钼纳米片/二氧化钛纳米片复合材料、碳化钛片层/二氧化钛纳米片复合材料和二氧化钛纳米片在模拟太阳光照射下光解水产氢速率图图4为实施例2中制得的碳化钛片层/硫化钼纳米片/暴露(001)晶面二氧化钛纳米片复合材料、碳化钛片层/二氧化钛纳米片复合材料和二氧化钛纳米片在模拟太阳光照射下光解水产氢量图。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。下述实施例1至实施例4中采用的原料为氢氟酸溶液、钛铝碳粉末、盐酸溶液、氟硼酸钠、硫代钼酸铵、硫脲和去离子水，所使用的设备有用于混合的烧杯、磁力搅拌器、水热反应釜、氙灯、扫描电子显微镜、透射电镜和气相色谱光催化活性评价系统。制取碳化钛片层/硫化钼纳米片/二氧化钛纳米片复合材料时，首先将氢氟酸溶液和钛铝碳粉末混合制备第一混合液；然后过滤第一混合液将得到沉淀物一和盐酸(氟硼酸钠)溶液添加到去离子水中制备第二混合液；再然后将第二混合液置于水热反应釜内水热反应制备第三混合液；接着过滤第三混合液将本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳化钛片层/硫化钼纳米片/二氧化钛纳米片复合材料的制备方法，其特征在于：步骤为：钛铝碳和氢氟酸混合反应后，将得到的沉淀物A进行水热反应，水热反应得到的沉淀物C中加入硫代钼酸盐，经过光还原反应得到碳化钛片层/硫化钼纳米片/二氧化钛纳米片三元光催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种碳化钛片层/硫化钼纳米片/二氧化钛纳米片复合材料的制备方法，其特征在于：步骤为：钛铝碳和氢氟酸混合反应后，将得到的沉淀物A进行水热反应，水热反应得到的沉淀物C中加入硫代钼酸盐，经过光还原反应得到碳化钛片层/硫化钼纳米片/二氧化钛纳米片三元光催化剂。2.一种碳化钛片层/硫化钼纳米片/二氧化钛纳米片复合材料的制备方法，其特征在于：具体步骤为：1)氢氟酸溶液和钛铝碳在室温下反应后得到沉淀物A；2)在沉淀物A中加入氟硼酸钠、盐酸溶液、去离子水进行水热反应得到沉淀物C；3)将沉淀物C和硫代钼酸盐溶液、去离子水混合后经过光还原反应后的混合液经过过滤、洗涤、真空保温得到碳化钛片层/硫化钼纳米片/二氧化钛纳米片三元光催化剂；优选的，步骤1)中氢氟酸溶液的质量分数为35-45％；优选的，钛铝碳的粉末颗粒度为100-400目，优选为200-300目；优选的，氢氟酸和钛铝碳反应的时间为65-78小时；优选的，1克的钛铝碳对应的氢氟酸溶液的体积为90-110毫升；优选的，步骤2)中沉淀物A和氟硼酸钠、盐酸溶液、去离子水混合后进行磁力搅拌，搅拌的时间为6-20min；优选的，步骤2)中盐酸溶液的浓度为0.05-0.15M，优选为0.08M-0....

【专利技术属性】
技术研发人员：田健，杨少瑞，李昱杰，梁嫜倩，崔洪芝，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东,37