[发明专利]一种三元复合光催化剂的制备方法和用途

说明书

本发明属于纳米材料合成技术领域，特指一种三元复合光催化剂的制备方法和用途。首先利用简便的水热合成法合成规则的二氧化钛纳米片，然后将二氧化钛纳米片在氢气氛围下经过高温处理，得到氢化的黑色二氧化钛纳米片，继而通过水热合成法，在二氧化钛纳米片表面包覆一层二硫化钼包覆层，得到包覆结构的MoS₂@H‑TiO₂异质结，最后再次通用水热合成法在MoS₂@H‑TiO₂异质结表面负载碳点，可用于紫外、可见光下降解抗生素等有机污染物。

技术领域

本发明属于纳米材料合成技术领域，首先利用简便的水热合成法合成规则的二氧化钛纳米片，然后将二氧化钛纳米片在氢气氛围下经过高温处理，得到氢化的黑色二氧化钛纳米片(H-TiO₂)，继而通过水热合成法，在二氧化钛纳米片表面包覆一层二硫化钼包覆层，得到包覆结构的MoS₂@H-TiO₂异质结，最后再次通用水热合成法在MoS₂@H-TiO₂异质结表面负载碳点(Carbon Dots，CDs)，可用于紫外、可见光下降解四环素等有机污染物。

背景技术

20世纪以来，人类在享受迅速发展的科技所带来的舒适和方便的同时，也饱尝了因为盲目和短视造成的生存环境不断恶化的苦果。在生态环境日益恶化的今天，太阳能作为一种新兴的、极具潜力的可再生能源，它的开发使用受到广泛研究，很长一段时间内，太阳能的使用主要集中在两个方面，分别是光热转换领域和光电转换领域。而现阶段，利用太阳能作为能源，使用光催化技术降解有机污染物和光催化水解制氢成为了近些年的研究热点。自1972年TiO₂单晶电极光分解水被报道以来，多相光催化制氢曾一度在世界范围内掀起热潮，虽然由于产氢率过于低下而进展缓慢，但此方面的探索并未因此中断。在降解各种环境介质中难降解污染物方面，半导体光催化表现出了强氧化性、污染物矿化完全、可直接利用太阳光等优点，近年来取得了较大进展。人们对环境问题的日益重视给此方面的研究以极大动力，如持久性有机污染物和内分泌干扰物等环境问题的出现，都成为多相光催化研究的切入点。

光催化研究的目标之一就是利用太阳光实现高效的光催化，因此只有提高光催化剂对太阳光的有效吸收和利用，才能从根本上提高其光催化的效率。目前多相光催化研究较多、活性较高的TiO₂和ZnO等宽禁带半导体材料，仅能吸收λ≤387.5nm(3.2eV)的紫外光才能生成光生载流子(e^-和h⁺)，诱发光催化反应。但是实际到达地表的太阳能辐射能量中，紫外成分(300-400nm)只有5％左右，可见光成分大约为50％，因此要想实现高效的光催化效应，实现对可见光的响应势在必行。目前，提高TiO₂光催化剂对光的吸收和利用的研究工作主要集中在对现有光催化剂进行改性上，如利用掺杂金属/非金属离子、负载贵金属以及构筑异质结、染料敏化等方法提高光催化剂的光谱响应范围，进而提高光吸收效率；通过调控催化剂结构、尺寸、缺陷、比表面积、活性位点及暴露晶面等方法来提高自身的吸光能力和电子-空穴分离效率，进而提高光催化降解效率。然而不论何种改性方法，拓展光谱响应范围是充分利用太阳能的必要保证。尽管科研工作者对二氧化钛的研究付出了诸多努力，但是二氧化钛的光催化效果和光响应范围依然不尽如人意。因此，响应可见光的二氧化钛光催化体系的构建及光催化降解行为和机理的研究对提高太阳能的利用率进而提高光催化降解能力具有重要意义。

近年来，在氢气氛围下高温处理二氧化钛纳米片，制备黑色的氢化二氧化钛(H-TiO₂)，并以此为基质构建复合光催化剂体系受到国内外学者的关注，对该方向开展了系列研究工作并取得一些具有突破性的研究成果。2011年，Mao首次制备了原子排列无序、不规则晶型的氢化的黑色二氧化钛，其制备的二氧化钛在高温氢化处理过程中将二氧化钛表面的部分氧原子予以去除，导致二氧化钛晶体中出现了氧空位，并且同时引入了Ti³⁺掺杂，这极大促进了二氧化钛的光吸收范围，使二氧化钛的光吸收范围由紫外光区域拓展到了可见光区域。

发明内容