一种氧化钛/富硫空位硫化钼复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种氧化钛/富硫空位硫化钼复合材料及其制备方法和应用，将钛源、钼盐、十六烷基三甲基溴化胺CTAB、含硫物质和溶剂混合后，在160～240℃下水热反应，得到所述氧化钛/富硫空位硫化钼复合材料；所述钛源为钛盐、或氧化钛粉体；所述溶剂为去离子水。

A titanium oxide / sulfur rich vacancy molybdenum sulfide composite and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种氧化钛/富硫空位硫化钼复合材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种氧化钛/富硫空位硫化钼复合材料的制备方法及应用，具体地说是涉及一种采用表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)制备高活性氧化钛/富硫空位硫化钼复合光催化剂的制备方法。
技术介绍
光催化氧化技术具有无二次污染、安全、高效、氧化能力强等优点，成为一种非常有效的降解有机污染物的手段，而被广泛地应用于废水废气治理等领域。作为最常用的光催化材料，二氧化钛具有优异的化学稳定性、低成本、无毒无害等优点，但其缺点也十分明显，即其较宽的带隙使其仅能利用占太阳光总能量4％的紫外光。此外，TiO2材料的电子空穴容易复合。针对上述问题，人们提出了染料敏化、贵重金属沉积、离子掺杂等手段来改善TiO2的光催化性能，但上述方法分别存在染料光化学稳定性差、贵金属成本高昂、离子掺杂量有限等问题，因而仍需探索新的方法来提高氧化钛的光催化活性。硫化钼作为一种层状纳米材料，硫层与钼层交错形成类似“三明治”的结构。层与层之间通过弱的范德华力相连接，层内通过强的共价键与离子键相连，使得载流子传输速率极快。此外MoS2还具有光照稳定性高、比表面积大、带隙窄等优点。将其与氧化钛复合，可以形成有效的异质结结构促进电子和空穴的有效分离，还可以充分利用可见光，从而提高其光催化效率。上述复合材料在光催化降解有机污染物及太阳能制氢等方面均具有重要应用前景。尽管目前关于二氧化钛/硫化钼复合催化剂已有相关报道，但已有方法普遍存在TiO2与MoS2复合不均匀、界面复合不好、活性位点数目有待提高以及硫化钼形貌有待调控等问题，影响了TiO2/MoS2复合催化剂的光催化性能的发挥。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供了一种氧化钛/富硫空位硫化钼复合材料的制备方法，将钛源、钼盐、十六烷基三甲基溴化胺CTAB、含硫物质和溶剂混合后，在160～240℃下水热反应，得到所述氧化钛/富硫空位硫化钼复合材料；所述钛源为钛盐、或氧化钛粉体；所述溶剂为去离子水。在本专利技术中，采用阳离子型表面活性剂-十六烷基三甲基溴化胺CTAB来改善硫化钼与氧化钛的界面结合，并调控硫化钼的显微结构，增加催化剂硫空位活性位点，进而提升其光催化效果。在上述水热合成过程中，一方面部分CTAB插入硫化钼片层中，并在硫化钼中形成大量硫空位；另一方面，表面活性剂的加入使硫化钼呈现弯曲薄片结构，显著降低硫化钼尺寸并改善在氧化钛中的分散性，因而显著增强了硫化钼与氧化钛间界面电荷转移，通过形成的异质结实现了电子与空穴的有效分离。较佳的，所述钛盐为钛酸丁酯、异丙醇钛中的至少一种。较佳的，所述钼盐为钼酸盐，优选为钼酸钠、钼酸钾中的至少一种。较佳的，所述含硫物质为硫脲、硫化钠、硫代乙酰胺、半胱氨酸、硫代硫酸钠中的至少一种。较佳的，所述钼盐和钛源的摩尔比为1:8～8:1。较佳的，所述十六烷基三甲基溴化铵CTAB和钼盐的摩尔比为1:8～2:1。若是十六烷基三甲基溴化铵CTAB加入过量，则过量CTAB包裹在催化剂表面，封闭活性位点，引起催化效率下降。若是钼盐加入过量，则MoS2催化剂中硫空位减少，同样对催化效率有不良影响。较佳的，所述含硫物质和钼盐的摩尔比为2:1～20:1。较佳的，所述水热反应的时间为1～24小时。第二方面，本专利技术提供了一种根据上述的制备方法制备的氧化钛/富硫空位硫化钼复合材料。第三方面，本专利技术提供了一种上述氧化钛/富硫空位硫化钼复合材料在光催化降解有机染料的应用，其特征在于，将所述氧化钛/富硫空位硫化钼复合材料加入至废水中，在可见光或紫外光激发下产生活性物质以降解有机染料；所述废水为含有有机染料的水溶液；优选地，所述废水中有机染料的浓度为0.1～10000mg/L。较佳的，所述有机染料选自亚甲基蓝、罗丹明B、酸性橙、甲基橙、靛蓝中的至少一种。较佳的，所述氧化钛/富硫空位硫化钼复合材料的添加量为0.1～10g/L废水。第四方面，本专利技术提供了一种上述氧化钛/富硫空位硫化钼复合材料在光催化产氢中的应用。第五方面，本专利技术提供了一种上述氧化钛/富硫空位硫化钼复合材料在光催化还原二氧化碳中的应用。有益效果：本专利技术制备的氧化钛/富硫空位硫化钼复合纳米材料具有比表面积高、可见光响应性好等优点，对染料具有优异的降解性能。本专利技术制备的氧化钛/富硫空位硫化钼复合催化剂还可用于光催化产氢、光催化还原二氧化碳等。本专利技术的合成方法还具有产量高、制备条件简易、低成本和环保的优点。附图说明图1为P25(a)、MoS2(b)及本专利技术制备的TiO2/MoS2复合材料(c-d)的XRD图谱，其中(c)为对比例1中未加入CTAB的复合材料，(d)为实施例1中加入CTAB的复合材料；图2为本专利技术制备的TiO2/MoS2复合材料的SEM照片，其中(a)为对比例1中未加入CTAB的复合材料，(b)为实施例1中加入CTAB的复合材料；图3为本专利技术制备的TiO2/MoS2复合材料的XPS图谱，其中a为对比例1中未加入CTAB的复合材料，b为实施例1中加入CTAB的复合材料；图4为本专利技术制备的光催化剂降解RhB染料的曲线，其中▲为实施例1CTAB-TiO2/MoS2；●为TiO2/MoS2；■为纯TiO2；图5为本专利技术制备的CTAB-TiO2/MoS2光催化剂对不同浓度的有机染料的降解曲线，其中RhB浓度■：10mg/L(实施例3)；●15mg/L(实施例2)；▲30mg/L(实施例1)；图6为本专利技术实施例1制备的CTAB-TiO2/MoS2(●)和机械混合的TiO2/MoS2复合光催化剂(■)对30mg/LRhB的降解曲线。具体实施方式以下通过下述实施方式进一步说明本专利技术，应理解，下述实施方式仅用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。在本公开中，以钛盐(或氧化钛粉体)、钼盐、十六烷基三甲基溴化胺(CTAB)及含硫物质为原料，以去离子水作为溶剂，通过水热反应制得氧化钛/富硫空位硫化钼复合材料。与不使用表面活性剂相比，硫化钼尺寸更小球富含硫空位，硫化钼与二氧化钛间的界面结合更佳；合成的表面活性剂表面带有正电荷，对带有负电荷的染料具有高吸附和降解能力。本专利技术的合成方法简单、易放大；采用的表面活性剂环境友好，不造成二次污染。在可选的实施方式中，钛盐可为钛酸丁酯、异丙醇钛等。钼盐可为钼酸盐，优选为钼酸钠、钼酸钾、钼酸铵等。含硫物质可为硫脲、硫化钠、硫代乙酰胺、半胱氨酸、硫代硫酸钠等。在可选的实施方式中，钼酸盐与碳源(钛盐或TiO2)的摩尔比可为1:8～8:1。十六烷基三甲基溴化胺与钼盐的摩尔比可为1:8～2:1。所述含硫物质与钼盐的摩尔比可为2:1～20:1。在可选的实施方式中，水热反应的温度可为160～240℃。可加入至聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中进行水热反应。水热反应的时间可为1～24小时。本专利技术一实施方式中，氧化钛/富硫空位硫化钼复合材料(或称纳米氧化钛/富硫空位硫化钼复合催化剂、纳米氧化钛/富硫空位硫化钼复合材料等)在光催化降解有机染料的应用。将纳米氧化钛/富硫空位硫化钼复合材料加入至废水中，采用酸(例如，盐酸、硫酸、硝酸等)或碱(例如，LiOH、NaOH、KOH等)调节pH＝7，在可见光或紫外光激发下产生活性物质降解染料。废水可为含有有机染料的水溶液，浓度为0.1-10000mg/L。有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化钛/富硫空位硫化钼复合材料的制备方法，其特征在于，将钛源、钼盐、十六烷基三甲基溴化胺CTAB、含硫物质和溶剂混合后，在160～240℃下水热反应，得到所述氧化钛/富硫空位硫化钼复合材料；所述钛源为钛盐、或氧化钛粉体；所述溶剂为去离子水。

【技术特征摘要】
1.一种氧化钛/富硫空位硫化钼复合材料的制备方法，其特征在于，将钛源、钼盐、十六烷基三甲基溴化胺CTAB、含硫物质和溶剂混合后，在160～240℃下水热反应，得到所述氧化钛/富硫空位硫化钼复合材料；所述钛源为钛盐、或氧化钛粉体；所述溶剂为去离子水。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钛盐为钛酸丁酯、异丙醇钛中的至少一种；所述钼盐为钼酸盐，优选为钼酸钠、钼酸钾中的至少一种；所述含硫物质为硫脲、硫化钠、硫代乙酰胺、半胱氨酸、硫代硫酸钠中的至少一种。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述钼盐和钛源的摩尔比为1:8～8:1；所述十六烷基三甲基溴化铵CTAB和钼盐的摩尔比为1:8～2:1；所述含硫物质和钼盐的摩尔比为2:1～20:1。4.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘阳桥，孙盛睿，王杨杨，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所湖州先进材料产业创新中心，中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：浙江,33