一種基于表面改性的TiO₂/MoS₂復合材料的制備方法

一種基于表面改性的TiO₂/MoS₂復合材料的制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于表面改性的TiO2/MoS2復合材料的制備方法屬該方法主要包括三步：1)將P25TiO2粉末與濃NaOH溶液通過水熱條件得到二氧化鈦的納米帶；2)將納米帶進行表面改性處理使納米帶表面粗糙，退火得到改性的二氧化鈦納米帶3)水熱法直接在二氧化鈦表面制備二硫化鉬層，得到TiO2/MoS2復合材料。本發明采用水熱?表面改性?水熱的工藝制備獲得TiO2/MoS2復合材料，通過表面改性處理可影響界面的電子性能，從而影響TiO2/MoS2異質結的能帶結構，有利于提高復合材料的光催化性能。同時對研究復合材料界面電子性能及生長機理有重要作用。
【專利說明】
一種基于表面改性的T i 02/M〇S2復合材料的制備方法
技術領域
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[0001]本發明屬于復合材料制備領域，涉及一種Ti〇2/MoS2異質結的制備方法，尤其涉及一種基于表面改性的Ti02/M〇S2復合材料的制備方法。【背景技術】:
[0002]Ti02作為一種在光催化和綠色環境方面應用廣泛的材料，由于其本征帶隙較寬和電荷分離效率較低，其光敏特性僅限于紫外光范圍并對太陽光的利用效率低。為了使催化劑在可見光下具有催化活性，以二氧化鈦為基形成的復合材料引起人們的廣泛關注。最近， 越來越多人意識到電子行為在光催化性能等方面起到重要的作用，因此表面功能化對實現可見光催化有實質性作用。這為通過表面工程來提高可見光催化性能提供了嶄新的想法。
[0003]另外，M〇S2在光檢測，光催化，電子學和光電工程等方面有很大應用潛力，因此已經成為廣泛研究的功能材料。許多奇特的物理現象尤其是限制在單層的M〇S2中。適當的能量帶隙和較高的光吸收的范圍使得M〇S2適合應用在光伏和光催化方面。耦合兩種材料形成新型的功能材料是材料科學研究中的新方法。
【發明內容】
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[0004]本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種表面改性的Ti02/M〇S2復合材料的制備方法，該方法通過表面改性處理對其界面電子性能產生影響，從而影響Ti02/M〇S2異質結的能帶結構，提高復合材料的光催化性能。
[0005]本發明的技術方案如下:
[0006]—種表面改性的Ti02/M〇S2復合材料的制備方法，包括以下步驟:
[0007](1)配置二氧化鈦前驅體溶液，采用水熱法制備納米帶；[〇〇〇8](2)對上述納米帶進行表面改性處理使納米帶表面粗糙，退火后得到改性Ti〇2納米帶；
[0009](3)將改性Ti〇2納米帶置于二硫化鉬前驅體溶液中，采用水熱法在改性Ti〇2納米帶表面制備二硫化鉬層，得到表面改性的Ti02/M〇S2復合材料。
[0010]上述技術方案中，所述的二氧化鈦前驅體溶液為P25粉末與lOMNaOH混合而成的懸濁液。
[0011]所述的步驟(2)中表面改性處理為:將Ti〇2納米帶先置于0.01-10M的NaOH溶液中 150°(:下反應411，再用0.1]\^(:1清洗至中性;或者將1102納米帶置于0.02-0.211112304溶液100 。(:反應12h;或者先將Ti〇2納米帶置于0.01-10M的NaOH溶液中150°C下反應4h，清洗至中性后再置于〇.02-0.2M H2SO4溶液100°C反應12h。
[0012]所述的二硫化鉬前驅體溶液為鉬酸鈉、硫脲與去離子水的混合液，其中每35-40ml 去離子水對應鉬酸鈉30_50mg、硫脲60-1 OOmg。
[0013]進一步地，具體步驟如下:[〇〇14]1)將P25粉末加入10M NaOH中混合成懸濁液，獲得二氧化鈦前驅體溶液，置于反應釜中在210-230°C下水熱反應21h，產物用0.1MHC1清洗，得到納米帶；[0〇15]2)將納米帶先置于10M的NaOH溶液中150 °C下反應4h，再用0.1MHC1清洗至中性;或者將Ti02納米帶置于0.02M H2S〇4溶液100°C反應12h;或者先將Ti02納米帶置于10M的NaOH 溶液中150 °C下反應4h，清洗至中性后再置于0.02M H2S〇4溶液100 °C反應12h;經上述表面處理后的產物置于恒溫干燥箱烘干，再在600-750°C退火1小時，得到改性Ti02納米帶；
[0016]3)將鉬酸鈉、硫脲加入去離子水中，每35-40ml去離子水對應鉬酸鈉30-50mg、硫脲 60-100mg，配置二硫化鉬前驅體溶液，與改性Ti02納米帶一同置于反應釜內，180-210°C下水熱反應18-21h，得到表面改性的Ti02/M〇S2復合材料。
[0017]有益效果:本發明采用水熱-表面改性-水熱的工藝制備獲得Ti02/M〇S2復合材料， 通過表面改性處理可影響界面的電子性能，從而影響Ti02/M〇S2異質結的能帶結構，有利于提高復合材料的光催化性能。同時對研究復合材料界面電子性能及生長機理有重要作用。【附圖說明】:
[0018]圖1.本發明中經表面改性處理二氧化鈦納米帶的掃描電鏡圖。
[0019]其中:(a)未改性處理，(b)硫酸處理，(c)氫氧化鈉+鹽酸+硫酸處理，(d)氫氧化鈉+鹽酸處理；
[0020]圖2.本發明的T i02/M〇 S2復合材料的透射電鏡圖。[〇〇21]其中:(a_c)分別硫酸處理，氫氧化鈉+鹽酸+硫酸處理，氫氧化鈉+鹽酸處理的 Ti02/MoS2復合材料透射圖；(d)硫酸處理后的復合材料的高分辨圖。[〇〇22]圖3.本發明中不同表面改性處理后最終獲得的Ti02/M〇S2復合材料的價帶偏移和導帶偏移的能帶示意圖。【具體實施方式】
[0023]以下結合附圖和實施例對本發明進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0024]本發明的復合材料的制備的過程主要包括三個部分:(a)水熱法得到納米帶(b)改性處理二氧化鈦納米帶(c)水熱法制備二氧化鈦與二硫化鉬復合材料。[〇〇25]實施例1:[0〇26](a)水熱法制備納米帶[〇〇27]將0.15g的P25Ti02與10M的濃NaOH溶液制成均勻的30ml的懸濁液，于高壓反釜中，210-230 °C下保溫24h，自然冷卻，得到的白色物質用0.1M稀HC1溶液和去離子水清洗至中性或弱酸性。[〇〇28](b)改性處理納米帶[〇〇29]將制得白色納米帶與40ml的0.02M稀硫酸混合均勻，置于四氟乙烯內膽中100°C下保溫12小時，冷卻并用去離子水清洗干凈。再將納米帶置于恒溫干燥箱中，80°C下烘干6小時再在通氧的管式爐中600-750 °C退火lh，得到改性處理的二氧化鈦納米帶，其SEM圖如圖1 (b)所示。
[0030](c)水熱法制備T i 02/M〇 S2復合材料[0〇31 ]稱取30mg鉬酸鈉和60mg硫脲加入30ml去離子水中攪拌成透明液，將30mg改性的二氧化鈦納米帶置于30ml澄清液中超聲15min制成白色懸濁液，將懸濁液置于高壓反應釜中并在恒溫干燥箱中210°C保溫21h。自然冷卻制室溫，得到黑色的復合材料，并用去離子水離心清洗。最后在80 °C恒溫干燥箱中6小時烘干得到Ti02/M〇S2復合材料，其透射電鏡圖如圖2 所示。[0〇32]研究表明，經稀H2SO4改性處理，能使二氧化鈦納米帶表面生成納米顆粒和納米孔，由光滑表面變為粗糙，從而影響其界面電子狀態，經H2S〇4改性的二氧化鈦其表面的功函數會降低0.07eV。
[0033]實施例2:[0〇34](a)水熱法制備納米帶[〇〇35]將0.15g的P25與10M的濃NaOH溶液制成均勻的透明液共30ml，將澄清液置于高壓應釜中，210-230 °C下保溫24h，自然冷卻，得到的白色物質用0.1M稀HC1溶液和去離子水清洗至中性或弱酸性。[〇〇36](b)改性處理納米帶[〇〇37]將制得白色納米帶，用40ml的10M濃NaOH溶液混合均勻，置于四氟乙烯內膽中150°C下保溫4小時，之后用0.1M稀HC1溶液和去離子水清洗至中性。接著將產物與0.02M稀硫酸 (40ml)混合均勻，置于四氟乙烯內膽中100°C下保溫12小時，冷卻并用去離子水清洗干凈。 將得到的白色納米帶在80°C恒溫干燥箱中烘干6小時。最后在通氧氣在600-750°C煅燒lh， 得到改性處理的二氧化鈦納米帶。[〇〇38](c)水熱法制備Ti02/MoS2復合材料[0〇39]稱取30mg鉬酸鈉和60mg硫脲加入30ml去離子水中攪拌成透明液，將30mg改性的二氧化鈦納米帶置于透明液中超聲15min制成白色懸濁液，將懸濁液置于高壓反應釜中并在 210-230°C恒溫箱中保溫21h。自然冷卻制室溫，得到黑色的復合材料，并用去離子水分離提取，并在80 °C恒溫干燥箱中6小時烘干得到Ti02/M〇S2復合材料。
[0040]實施例3:[〇〇411(a)水熱法制備納米帶[〇〇42]將0.15g的P25與10M的濃NaOH溶液制成30ml的懸濁液，將高壓應釜置于210-230°C恒溫箱中保溫24h，自然冷卻，得到的白色物質用0.1M稀HC1溶液和去離子水清洗至中性或弱酸性。[〇〇43](b)改性處理納米帶[〇〇44]將制得白色偏鈦酸納米帶與40ml的10M濃NaOH溶液混合均勻，置于四氟乙烯內膽 (50ml)中150 °C下保溫4小時，之后用0.1M稀HC1溶液和去離子水清洗至中性。接著將白色粉末置于恒溫干燥箱中，80 °C下烘干6小時。最后在氧氣氛圍的管式爐中600-750 °C煅燒lh，得到改性處理的二氧化鈦納米帶。[〇〇45](c)水熱法制備二氧化鈦與二硫化鉬復合材料。[0〇46 ]稱取3 Omg鉬酸鈉和6 Omg硫脲用去離子水配制成3 0m 1的透明液，將3 Omg的改性的二氧化鈦納米帶置于透明液中超聲15min制成白色懸濁液，將懸濁液置于高壓反應釜中并在恒溫干燥箱以210_230°C保溫21h。自然冷卻制室溫，用其離子水離心清洗得到黑色的復合材料。在恒溫干燥箱中置于80 °C烘干6小時得到Ti02/M〇S2復合材料。
[0047]雖然本發明是結合以上實施例進行描述的，但本發明并不被限定于上述實施例，本領域普通技術人員能夠容易對其進行修改和變化，但并不離開本發明的實質構思和范圍。
【主權項】
1.一種基于表面改性的Ti02/M〇S2復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:(1)配置二氧化鈦前驅體溶液，采用水熱法制備Ti02納米帶；(2)對上述Ti〇2納米帶進行表面改性處理使納米帶表面粗糙，退火后得到改性Ti〇2納米 帶；(3)將改性Ti02納米帶置于二硫化鉬前驅體溶液中，采用水熱法在改性Ti02納米帶表面 制備二硫化鉬層，得到表面改性的Ti02/M〇S2復合材料。2.如權利要求1所述的基于表面改性的Ti02/M〇S2復合材料的制備方法，其特征在于，所 述的二氧化鈦前驅體溶液為P25粉末與1 OMNaOH混合而成的懸濁液。3.如權利要求1所述的基于表面改性的Ti02/M〇S2復合材料的制備方法，其特征在于，所 述的步驟(2)中表面改性處理為將Ti02納米帶先置于0.01-10M的NaOH溶液中150°C下反應 處，再用0.謂11(:1清洗至中性;或者將1102納米帶置于0.02-0.211112304溶液100°(:反應1211; 或者先將Ti02納米帶置于0.01-10M的NaOH溶液中150°C下反應4h，清洗至中性后再置于 0.02-0.2M H2SO4溶液 100°C 反應 12h。4.如權利要求1所述的基于表面改性的Ti02/M〇S2復合材料的制備方法，其特征在于，所 述的二硫化鉬前驅體溶液為鉬酸鈉、硫脲與去離子水的混合液，其中每35-40ml去離子水對 應鉬酸鈉30_50mg、硫脲60-1 OOmg。5.—種基于表面改性的Ti02/M〇S2復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:1)將P25粉末加入10M NaOH中混合成懸濁液，獲得二氧化鈦前驅體溶液，置于反應釜中 在210-230°C下水熱反應21h，產物用0.1MHC1清洗，得到Ti02納米帶；2)將Ti02納米帶先置于10M的NaOH溶液中150°C下反應4h，再用0.1MHC1清洗至中性;或 者將Ti02納米帶置于0.02M H2S〇4溶液100°C反應12h;或者先將Ti02納米帶置于10M的NaOH 溶液中150 °C下反應4h，清洗至中性后再置于0.02M H2S〇4溶液100 °C反應12h;經上述表面處 理后的產物置于恒溫干燥箱烘干，再在600-750°C退火1小時，得到改性Ti02納米帶；3)將鉬酸鈉、硫脲加入去離子水中，每35-40ml去離子水對應鉬酸鈉30-50mg、硫脲60-l〇〇mg，配置二硫化鉬前驅體溶液，與改性Ti02納米帶一同置于反應釜內，180-210 °C下水熱 反應18-21h，得到表面改性的Ti02/M〇S2復合材料。
【文檔編號】C01G39/06GK105944738SQ201610260441
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月22日
【發明人】陶俊光, 宋曉琳, 陳貴鋒, 張輝, 羅文博, 王夢雪
【申請人】河北工業大學