一种低共熔溶剂辅助合成的NiS/VS2复合材料及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种低共熔溶液辅助合成NiS/VS2纳米棒复合材料的方法。该方法是由1,8

【技术实现步骤摘要】
一种低共熔溶剂辅助合成的NiS/VS2复合材料及其应用


[0001]本专利技术属于光催化材料及其制备
，具体涉及一种低共熔溶剂辅助合成NiS/VS2纳米棒复合材料及其应用

技术介绍

[0002]随着世界经济和人类文明的快速发展，能源匮乏和环境恶化越来越严重，发展可再生能源迫在眉睫。毫无疑问，氢作为最有前途的清洁能源，有着能量密度高和燃烧无污染的优点。太阳能转化为氢燃料对于缓解全球能源短缺和环境严重恶化有很强的吸引力，其中，光催化分解水制氢具有很大的实用价值并受到广泛关注。半导体光催化分解水技术在低成本、环保的太阳能制氢方面具有巨大潜力，可以支持未来的氢经济。
[0003]在半导体光催化剂中，过渡金属硫化物半导体光催化剂因其成本低、效率高而有望成为下一代太阳能转换领域不可缺少的材料。然而，由于光生电子/空穴对的快速重组、副反应的发生、可见光利用率低以及过渡金属硫化物半导体光催化剂本身的光腐蚀导致太阳能到氢能的转换效率太低，通过将硫化物半导体材料复合，制备具有异质结构的硫化物光催化剂很好的解决了以上问题，比如VS2常会被用来与FeS、CoS、NiS等形成复合材料，以提高其光电性能及光催化性能。但是合成的方法大多采用水热法或溶剂热法，条件相对苛刻，成本较高，很难工业化生产。
[0004]近年来，低共熔溶剂(Deep Eutectic Solvents,DESs)作为一种先进的新型类离子溶剂出现在工业反应中，表现出与传统离子液体相似的物理化学性质，同时具有低成本、低毒性、可生物降解、原子经济性强的优点，具有大规模生产的潜在优势，已被广泛应用于有机合成、溶解和萃取、电池电解质、生物化学等领域。低共熔溶剂一般由两种或三种廉价而安全的组分通过氢键相互作用组成的一种共晶混合物，通常其熔点低于各组分熔点，在低于100℃时以液体存在。在无机纳米材料合成中，低共熔溶剂同时发挥溶剂、抑制剂和模板的作用。不仅可以通过改变氢键给体和氢键受体的类型，还可以通过灵活改变各组分摩尔比，快速地调整其物理化学性质。
[0005]因此，低共熔溶剂因其独特的可调组分、优越的溶解性、高收率和低成本而被广泛应用于制备催化剂材料的前驱体。这种基于低共熔溶剂的合成方法克服了对有机溶剂、模板和抑制剂的过度依赖的问题，为快速且易于控制的纳米光催化材料的高效制备提供了新的途径，通过低共熔溶剂辅助合成硫化物复合材料是一种有利于工业化的策略。

技术实现思路

[0006]为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种低共熔溶剂辅助一步合成NiS/VS2复合材料的方法，该方法工艺简单、条件温和，成本低，可工业化生产，且对环境无污染。得到的复合材料为纳米棒状结构，且该NiS/VS2纳米棒复合材料具优异的光催化性能。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术所提供的一种低共熔溶剂辅助合成NiS/VS2纳米棒复
合材料的制备方法，是由1,8
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二氮杂二环十一碳
‑7‑
烯(DBU)和硫脲(TU)形成低共熔溶剂，以氯化镍和氯化钒为金属源，通过一步溶剂热的方法制备NiS/VS2纳米棒复合材料。
[0008]低共熔溶剂(DESs)独特的溶剂环境可以使NiS/VS2达到分子级别的均匀分散，最终得到形貌均一的纳米棒状结构。
[0009]上述制备方法，具体包括以下步骤：
[0010]1)将硫脲和1,8
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二氮杂二环十一碳
‑7‑
烯在一定范围温度下混合，形成低共熔溶剂；
[0011]2)在所述步骤1)中形成的低共熔溶剂中加入氯化镍和氯化钒，搅拌使其均匀溶解；
[0012]3)将所述步骤2)形成的均匀液体转移到反应釜中，放入烘箱进行高温反应，得到NiS/VS2复合纳米棒。
[0013]上述方法步骤1)中，所述硫脲和1,8
‑
二氮杂二环十一碳
‑7‑
烯的摩尔比可为1:1～10，具体可为1:2，所述混合的温度为40～100℃，混合时间为5～60min；
[0014]上述方法步骤2)中氯化镍的浓度可为0.1mmol～5mmol/15mL低共熔溶剂，具体可为0.5mmol/15mL低共熔溶剂；
[0015]所述氯化镍和氯化钒的摩尔比可为1:0～4(其中端点0不可取)，具体可为1:0.2、1:0.6或1:1；
[0016]上述方法步骤2)中，所述搅拌的时间可为20～60min；具体可为30min；
[0017]所述搅拌的温度为70℃～90℃，具体可为80℃；
[0018]上述方法步骤3)中，所述反应的反应温度可为180℃～260℃，具体可为220℃；
[0019]所述反应的反应时间可为6～18h，具体可为12h。
[0020]上述方法还包括下述步骤：步骤3)中高温反应结束后，将制备得到的NiS/VS2复合纳米棒冷却，然后用去离子水和乙醇洗干净，40℃真空烘干。
[0021]上述方法中，所述硫脲和1,8
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二氮杂二环十一碳
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烯的用量是在能形成低共熔溶剂的范围内选择的，硫脲一方面在形成低共熔溶剂时作为氢键供体，另一方面在步骤3)的溶剂热反应中热解，作为合成硫化物的硫源。
[0022]由上述方法制备得到的NiS/VS2纳米棒复合材料也属于本专利技术的保护范围。
[0023]本专利技术还保护所述NiS/VS2纳米棒复合材料的应用。
[0024]本专利技术所提供的NiS/VS2纳米棒复合材料的应用，包括下述任一应用：
[0025]1)在光电催化中的应用；
[0026]2)在光催化中的应用；
[0027]3)在光电催化剂中的应用；
[0028]4)在光催化剂中的应用；
[0029]进一步的，所述光催化剂用于光催化析氢。
[0030]本专利技术还提供了一种光催化析氢的方法。
[0031]本专利技术所提供的光催化析氢的方法，包括下述步骤：将上述NiS/VS2纳米棒复合材料、电子牺牲剂分散在水中，氮气中、光照条件下，完成光催化析氢。
[0032]上述技术方案中，电子牺牲剂选自Na2S
·
9H2O和Na2SO3；
[0033]具体的，将30mg NiS/VS2纳米棒复合材料分散在100mL含有0.25M Na2S
·
9H2O/
0.35M Na2SO3作为牺牲剂的去离子水中。
[0034]上述方法中，光催化析氢的温度为7℃；时间为6小时。
[0035]上述方法中，所述光照条件由配备420nm截止滤波器的300W氙灯提供。
[0036]本专利技术所提供的制备方法操作简单，制备成本低，可用于工业化大规模生产；所得NiS/VS2纳米棒复合材料形貌规整，尺寸可调，具有较好的晶型。此外，NiS/VS2纳米棒复合材料下形成的相界面有利于电荷的有效分离，提高光电性能和光催化活性。其在可见光下的光解水析氢速率可达1.2mmol...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低共熔溶剂辅助合成NiS/VS2纳米棒复合材料的制备方法，是由1,8
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二氮杂二环十一碳
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烯和硫脲形成低共熔溶剂，以氯化镍和氯化钒为金属源，通过一步溶剂热的方法制备得到NiS/VS2纳米棒复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述制备方法，包括以下步骤：1)将硫脲和1,8
‑
二氮杂二环十一碳
‑7‑
烯在一定范围温度下混合，形成低共熔溶剂；2)在所述步骤1)中形成的低共熔溶剂中加入氯化镍和氯化钒，搅拌使其均匀溶解；3)将所述步骤2)形成的均匀液体转移到反应釜中，放入烘箱进行高温反应，得到所述NiS/VS2纳米棒复合材料。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，所述硫脲和1,8
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二氮杂二环十一碳
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烯的摩尔比为1:1～10；所述混合的温度为40～100℃，混合时间为5～60min。4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中，氯化镍的用量为0.1mmol～5mmol/15mL所述低共熔溶剂；所述氯化镍和氯化钒的摩尔比为1:0～4，但不包括1:0；所述步骤2)中...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕淑华，白燕玲，高星，葛锦，武洪民，杨振，
申请(专利权)人：齐鲁理工学院，
类型：发明
国别省市：