原位合成的全固态Z型异质结构光催化剂及其制备方法、光电催化合成H2O2中的应用技术

本发明专利技术提供了一种1T/2H

【技术实现步骤摘要】
原位合成的全固态Z型异质结构光催化剂及其制备方法、光电催化合成H2O2中的应用


[0001]本专利技术属于光电催化合成H2O2
，涉及一种 1T/2H
‑
MoSe2@TiO2纳米复合材料及其制备方法、应用，尤其涉及一种原位合成的全固态Z型异质结构光催化剂及其制备方法、光电催化生产H2O2中的应用。

技术介绍

[0002]目前工业合成过氧化氢(H2O2)的方法主要有蒽醌法和氢气(H2) 与氧气(O2)直接合成，但是蒽醌法涉及不同的加氢和氧化反应，消耗了大量的有机溶剂和能量，而H2与O2直接合成容易发生爆炸。因此，业内一直需要找到一种安全，环保，节能的合成H2O2的有效方法。近年来，诸多研究人员已经提出了许多可行的生产H2O2的方法。光催化技术由于其安全、环保和节能等优点成为生产H2O2最有前途的方法之一，其主要依赖于以水(H2O)和O2为原料在半导体材料上产生 H2O2，因为半导体材料在光照射条件下产生的电子可以还原O2生成 H2O2。在此过程中可以分为连续的两步单步电子氧还原，如反应式(1) 和反应(2)，或O2的直接两电子还原，如反应式(3)。
[0003]O2+e
‑
→
·
O2‑
(
‑
0.33Vvs.NHE)
ꢀꢀ
(1)
[0004]·
O2‑
+2H
+
+e
‑
→
H2O2ꢀꢀ
(2)
[0005]O2+2H
>+
+2e
‑
→
H2O2(0.68Vvs.NHE)
ꢀꢀ
(3)
[0006]此外，光电化学(PEC)还可作为还原O2生产H2O2的有效方法。在PEC体系中，半导体材料在光激发下可以产生电子
‑
空穴对，然后导带电子可以通过施加偏压将电子转移到对电极还原O2生成H2O2，因而可以更有效地分离电子
‑
空穴对。
[0007]目前已提出许多替代性光催化剂将O2还原为H2O2，例如石墨 C3N4，CdS/石墨烯，WO3和二氧化钛(TiO2)。在这些半导体催化剂中，基于TiO2的光催化剂由于其低毒性、高导带边隙和高化学稳定性而被广泛研究。但是，TiO2光催化制备H2O2的产率低，这可归因于以下三个主要原因：1)由于固有的宽带隙(约3.2eV)，吸收光谱仅限于紫外线(UV)区域；2)光生电子和空穴的分离能力差，并且电子和空穴容易在体内重组；3)在光照下通过形成过氧化物(Ti
‑
OOH) 分解TiO2表面上吸附的H2O2。
[0008]因此，如何找到一种更加适宜的方法，克服上述这些严重的缺点，改善TiO2的性能，已成为本领域技术人员广泛关注的焦点之一。

技术实现思路

[0009]有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种 1T/2H
‑
MoSe2@TiO2纳米复合材料及其制备方法、应用，特别是一种原位合成的全固态Z型异质结构光催化剂，本专利技术制备的 1T/2H
‑
MoSe2@TiO2纳米复合材料，是半导体TiO2与MoSe2异质结合的体系，而且含有2H半导体相和1T金属相，是一种全固态Z型光催化剂，能够提高光催化剂的光电催化性能和增大H2O2的产量。而且制备方法简单，条件温和，过程可控，有利于工业化实现，具有广阔的实用
前景。
[0010]本专利技术提供了一种1T/2H
‑
MoSe2@TiO2纳米复合材料，包括TiO2纳米棒以及复合在TiO2纳米棒上的MoSe2纳米颗粒；
[0011]所述MoSe2纳米颗粒包括混合相MoSe2纳米颗粒；
[0012]所述混合相包含1T金属相和2H半导体相。
[0013]优选的，所述TiO2纳米棒的长度为1.8～2μm；
[0014]所述TiO2纳米棒的直径为150～250nm；
[0015]所述1T/2H
‑
MoSe2@TiO2纳米复合材料包括用于光电催化的 1T/2H
‑
MoSe2@TiO2纳米复合材料；
[0016]所述光电催化包括光电催化合成H2O2。
[0017]优选的，所述MoSe2纳米颗粒的粒径为15～25nm；
[0018]所述复合包括包覆；
[0019]所述TiO2包括金红石相的TiO2；
[0020]所述1T/2H
‑
MoSe2@TiO2纳米复合材料为全固态Z型异质结构光催化剂；
[0021]所述1T/2H
‑
MoSe2@TiO2纳米复合材料由原料经水热法和元素掺杂后得到。
[0022]本专利技术提供了一种1T/2H
‑
MoSe2@TiO2纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0023]1)将导电基底置于TiO2前驱体溶液中进行水热反应，再经过退火处理后，得到TiO2纳米棒；
[0024]2)将硒粉溶液和钼酸盐溶液混合后，得到前驱体溶液，再将上述步骤得到的TiO2纳米棒置于前驱体溶液再次水热反应，再次退火处理后，得到中间产物2H
‑
MoSe2@TiO2；
[0025]3)在含有氨气的气氛下，将上述步骤得到的中间产物继续退火处理后，得到1T/2H
‑
MoSe2@TiO2纳米复合材料。
[0026]优选的，所述导电基底置于的方式包括导电基底的导电面冲下，斜靠在反应容器内壁上；
[0027]所述TiO2前驱体溶液包括钛源、酸和水；
[0028]所述钛源包括钛酸四丁酯；
[0029]所述酸包括盐酸；
[0030]所述钛源、酸和水的体积比为0.4：(5～15)：(5～15)。
[0031]优选的，所述水热反应的温度为150～180℃；
[0032]所述水热反应的时间为15～24小时；
[0033]所述退火处理包括在空气气氛下退火处理；
[0034]所述退火处理的时间为2～3小时；
[0035]所述退火处理的温度为400～500℃。
[0036]优选的，所述硒粉溶液包括硒粉的水合肼溶液；
[0037]所述硒粉和水合肼的质量体积比为(0.025～0.034)g：1mL；
[0038]所述钼酸盐溶液包括二水合钼酸钠水溶液；
[0039]所述二水合钼酸钠和水的质量体积比为(0.009～0.012)g：1mL；
[0040]所述硒粉和钼酸盐的质量比为(0.65～0.7)：1。
[0041]优选的，所述再次水热反应的温度为170～190℃；
[0042]所述再次水热反应的时间为0.5～2小时；
[0043]所述再次退火处理的时间为2～3小时；
[0044]所述再次退火处理的温度为400～450℃；
[0045]所述再次本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种1T/2H
‑
MoSe2@TiO2纳米复合材料，其特征在于，包括TiO2纳米棒以及复合在TiO2纳米棒上的MoSe2纳米颗粒；所述MoSe2纳米颗粒包括混合相MoSe2纳米颗粒；所述混合相包含1T金属相和2H半导体相。2.根据权利要求1所述的1T/2H
‑
MoSe2@TiO2纳米复合材料，其特征在于，所述TiO2纳米棒的长度为1.8～2μm；所述TiO2纳米棒的直径为150～250nm；所述1T/2H
‑
MoSe2@TiO2纳米复合材料包括用于光电催化的1T/2H
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MoSe2@TiO2纳米复合材料；所述光电催化包括光电催化合成H2O2。3.根据权利要求1所述的1T/2H
‑
MoSe2@TiO2纳米复合材料，其特征在于，所述MoSe2纳米颗粒的粒径为15～25nm；所述复合包括包覆；所述TiO2包括金红石相的TiO2；所述1T/2H
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MoSe2@TiO2纳米复合材料为全固态Z型异质结构光催化剂；所述1T/2H
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MoSe2@TiO2纳米复合材料由原料经水热法和元素掺杂后得到。4.一种1T/2H
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MoSe2@TiO2纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将导电基底置于TiO2前驱体溶液中进行水热反应，再经过退火处理后，得到TiO2纳米棒；2)将硒粉溶液和钼酸盐溶液混合后，得到前驱体溶液，再将上述步骤得到的TiO2纳米棒置于前驱体溶液再次水热反应，再次退火处理后，得到中间产物2H
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MoSe2@TiO2；3)在含有氨气的气氛下，将上述步骤得到的中间产物继续退火处理后，得到1T/2H
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MoSe2@TiO2纳米复合材料。5.根据权利要求4所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张旭东，林仕伟，陈汉德，符坚，周义龙，陈宝，林正玺，王玲转，林慧媛，符智豪，黄修彩，
申请(专利权)人：海南聚能科技创新研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：