異質(zhì)結(jié)構(gòu)的制備方法
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導體光催化降解有機染料領(lǐng)域，涉及一種rGO負載花瓣狀MoS2異質(zhì)結(jié)構(gòu)的制備方法。
【【背景技術(shù)】】
[0002]環(huán)境污染和能源危機成為制約當前社會快速發(fā)展的關(guān)鍵問題。半導體光催化降解有機物既可以有效利用太陽光，也可以治理日趨嚴重的環(huán)境污染問題，成為當前學術(shù)界和工業(yè)界關(guān)注的熱點。作為半導體光催化劑，最基本的要求有三個:其一、所選半導體材料要有合適的帶隙，盡量提高對可見光的吸收率;其二、材料本身要有大的比表面積，以便能與待降解的有機物充分結(jié)合和吸附;其三、光生電子一空穴及時分離，避免再次復合。
[0003]自石墨烯2004年發(fā)現(xiàn)以來，掀起了人們對二維材料的研究熱潮。二硫化鉬(MoS2)作為過渡金屬硫化物的典型代表，具有獨特的層狀三明治結(jié)構(gòu)。其層間通過范德瓦爾斯作用力結(jié)合。類似于石墨烯，MoS2也可以生長成數(shù)層的超薄二維結(jié)構(gòu)，且隨著層數(shù)變化其帶隙在1.3eV?1.SeV可變，即可以實現(xiàn)較大范圍對可見光的充分吸收。而且，二維片層MoS2具有比表面積大、邊緣懸掛鍵豐富、表面活性高等特點，為高性能光催化劑的實現(xiàn)提供了可能。
[0004]但單一的MoS2并不能有效抑制光生電子和空穴的復合，對提升光催化效率不利。如何促進光生電子和空穴的分離，成為制約其光催化特性的瓶頸問題。倘若將MoS2與其他的二維材料復合，利用其強烈的異質(zhì)界面效應完全可能達到對光生電子和空穴的有效分離。石墨烯具有極高的導電性和光學透過率，如果將石墨烯與MoS2復合，既不影響MoS2對光的吸收，也可促進光生電子快速轉(zhuǎn)移到石墨烯，而空穴仍留在MoS2上，極大提升光催化特性。
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【發(fā)明內(nèi)容】
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[0005]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種rGO負載花瓣狀MoS2異質(zhì)結(jié)構(gòu)的制備方法，該方法是通過一步水熱法制備MoS2/rG0異質(zhì)復合材料，形成一種花瓣狀MoS2團簇和石墨烯片層緊密纏繞且擁有大比表面積的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，為在光照下產(chǎn)生的光生電子提供有效的傳輸通道，實現(xiàn)光生電子與空穴的有效分離，顯著提高材料的光催化降解有機染料的效能。
[0006]為達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn):
[0007 ] 一種rGO負載花瓣狀MoS2異質(zhì)結(jié)構(gòu)的制備方法，包括以下步驟:
[0008]I)選用二水合鉬酸鈉和硫脲為反應物，氧化石墨烯為前驅(qū)體，進行充分混合，得到均勻分散的懸濁混合溶液；
[0009]2)以高壓釜為盛放器皿，混合溶液作為反應物，采用水熱法，制備出rGO負載花瓣狀MoS2復合結(jié)構(gòu)的混合溶液；
[0010]3)對混合溶液進行清洗和烘干，得到MoS2/rG0復合結(jié)構(gòu)粉末。
[0011]本發(fā)明進一步的改進在于:
[0012]還包括以下步驟:
[0013]4)通過退火處理提高MoS2/rG0復合結(jié)構(gòu)粉末的結(jié)晶度和界面狀態(tài)。
[0014]所述步驟4)中，在真空或者氬氣氣氛下進行退火處理，退火溫度為4500C，升溫速率為5 °C /min，保溫時間為2h，隨爐冷卻。
[0015]所述步驟I)中，二水合鉬酸鈉和硫脲的摩爾比為1:5;按質(zhì)量分數(shù)計，氧化石墨烯的添加量為二水合鉬酸鈉的0%?10%。
[0016]所述步驟I)中，懸濁混合溶液是通過攪拌以及超聲波處理得到的。
[0017]所述步驟2)中，反應器皿為特氟龍釜襯配以不銹鋼釜套，容積為100mL。
[0018]所述步驟2)中，將高壓釜放置于烘箱中，反應溫度為210°C，反應時間為3?30h，隨爐冷卻或者水冷后取出反應產(chǎn)物，待用。
[0019]所述步驟3)中，清洗處理為依次在丙酮、去離子水以及無水乙醇中，以8000r/min的速度離心3次，每次5min，得到處理后的混合溶液，待用。
[0020]所述步驟3)中，將清洗處理后的混合溶液置于真空烘箱中，在80°C的溫度下烘干12h，得到MoS2/rG0復合結(jié)構(gòu)粉末，待用。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0022]本發(fā)明制備的MoS2/rG0復合材料是花瓣狀MoS2團簇分散在石墨烯片層上，相互纏繞，且界面結(jié)合良好。當該復合材料與有機染料混合之后，由于二維材料相對較大的比表面積以及所有原子均暴露在表層這樣的本征屬性，材料和有機染料接觸充分，大大增加了催化位點。本發(fā)明利用MoS2和石墨烯之間形成的異質(zhì)界面，可有效地促進光生電子和空穴的分離，增強復合材料的光吸收和光催化性能。本發(fā)明以二水合鉬酸鈉為鉬源，以硫脲為硫源，在水熱反應過程中，在氧化石墨官能團的促進下形核，并在水熱過程中實現(xiàn)對氧化石墨的還原，從而形成MoS2團簇與石墨烯緊密結(jié)合的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，隨著反應時間的延長呈現(xiàn)出MoS2團簇的長大、分散化，通過后續(xù)的退火處理提高了異質(zhì)結(jié)的結(jié)晶程度。
【【附圖說明】】
[0023]圖1為制備的MoS2團簇掃描電鏡圖；
[0024]圖2為制備的MoS2/rG0復合結(jié)構(gòu)掃描電鏡圖；
[0025]圖3為MoS2團簇和MoS2/rG0復合結(jié)構(gòu)降解RhB降解效率對比圖。
【【具體實施方式】】
[0026]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細描述:
[0027]本發(fā)明利用一步水熱法制備rGO負載花瓣狀MoS2復合結(jié)構(gòu)；在真空或氬氣氣氛下對MoS2/rG0復合結(jié)構(gòu)粉末進行退火處理，進一步提升其結(jié)晶度；調(diào)整反應過程中前驅(qū)體種類、氧化石墨烯的加入量以及反應時間，實現(xiàn)對MoS2團簇幾何特征的改變和控制。本發(fā)明MoS2/rG0異質(zhì)結(jié)構(gòu)的制備方法，包括以下步驟:
[0028](I)選用二水合鉬酸鈉和硫脲為反應物，氧化石墨烯為前驅(qū)體，進行充分混合，均勻分散懸濁的混合溶液。
[0029]二水合鉬酸鈉和硫脲的摩爾比為1: 5，氧化石墨烯的添加量控制在二水合鉬酸鈉的O %?10 %范圍內(nèi)，將上述反應物加入到60mL去離子水中得到混合溶液，混合溶液是通過攪拌以及超聲波處理得到均勻分散的懸濁液，待用。
[0030](2)以高壓釜為盛放器皿，混合溶液作為反應物，采用水熱法，制備出rGO負載花瓣狀MoS2復合結(jié)構(gòu)的混合溶液。
[0031]高壓釜采用特氟龍釜襯配以不銹鋼釜套，規(guī)格為lOOmL，將分散的混合懸濁液倒入釜襯里，裝入不銹鋼釜套中旋緊放置于普通烘箱中，反應溫度為210°C，反應時間為3?30h，隨爐冷卻或者水冷后取出反應產(chǎn)物，待用。
[0032](3)對混合溶液進行清洗和烘干，得到MoS2/rG0復合結(jié)構(gòu)粉末。
[0033]通過水熱反應得到的MoS2/rG0復合結(jié)構(gòu)混合溶液分別在丙酮、去離子水以及無水乙醇中，以8000r/min的轉(zhuǎn)速離心3次，每次5min，得到清洗處理后的混合溶液，隨后將清洗處理后的混合溶液置于真空烘箱中，80°C烘干12h，得到MoS2/rG0復合結(jié)構(gòu)粉末，待用。
[0034](4)通過退火處理進一步提高MoS2/rG0復合結(jié)構(gòu)粉末的結(jié)晶度和界面狀態(tài)。
[0035]在真空或者氬氣氣氛下進行退火處理，退火溫度為450°C，升溫速率為5°C/min，保溫時間為2h，隨爐冷卻。
[0036]實施例1
[0037]以二水合鉬酸鈉和硫脲為反應物，二水合鉬酸鈉和硫脲的摩爾比為1:5，氧化石墨烯為前驅(qū)體，不添加氧化石墨烯，水熱反應合成MoS2團簇。水熱反應溫度為210°C，反應時間為24hο在Ar氣氛條件下進行退火處理，退火溫度為450 V，升溫速率為5°C/min，保溫時間為2h，隨爐冷卻。
[0038]如圖1所示，本實例制備的MoS2團簇的直徑為2.34μπι，團簇表面清晰可見若干MoS2片層，團簇分散性差。
[0039]實施例2
[0040]以二水合鉬酸鈉和硫脲為反應物，二水合鉬酸鈉和硫脲的摩爾比為1:5，氧化石墨烯為前驅(qū)體，氧化石墨烯的添加量為二水合鉬酸鈉的I %，水熱反應合成MoS2/rG0復合材料。水熱反應溫度為210°C，反應時間為24hο在Ar氣氛下退火處理，退火溫度為450 V，升溫速率為5 °C /min，保溫時間為2h，隨爐冷卻。
[0041 ]本實例制備的MoS2/rG0復合材料中花瓣狀MoS2團簇的直徑為1.31μπι，團簇表面清晰可見MoS2片層，團簇與石墨烯片層緊密結(jié)合。
[0042]實施例3
[0043]以二水合鉬酸鈉和硫脲為反應物，二水合鉬酸鈉和硫脲的摩爾比為1:5，氧化石墨烯為前驅(qū)體，氧化石墨烯的添加量為二水合鉬酸鈉的2.5%，水熱反應合成MoS2/rG0復合材料。水熱反應溫度為210°C，反應時間為24hο在Ar氣氛下退火處理，退火溫度為450 V，升溫速率為5 °C /min，保溫時間為2h，隨爐冷卻。
[0044]本實例制備的MoS2/rG0復合材料中花瓣狀MoS2團簇的直徑為1.22μπι，團簇表面清晰可見MoS2片層，團簇與石墨烯片層緊密結(jié)合。
[0045]實施例4
[0046]以二水合鉬酸鈉和硫脲為反應物，二水合鉬酸鈉和硫脲的摩爾比為1:5，氧化石墨烯為前驅(qū)體，氧化石墨烯的添加量為二水合鉬酸鈉的5%，水熱反應合成MoS2/rG0復合材料。水熱反應溫度為210°C，反應時間為24hο在Ar氣氛下退火處理，退火溫度為450 V，升溫速率為5 °C /min，保溫時間為2h，隨爐冷卻。
[0047]如圖2所示，本實例制備的MoS2/rG0復合材料中花瓣狀MoS2團簇的直徑為1.06μπι，團簇表面清晰可見MoS2片層，團簇與石墨烯片層緊密結(jié)合，團簇分散性較好。
[0048]實施例5
[0049]以二水合鉬酸鈉和硫