[发明专利]金属相二硫化钼/二维氮化碳光催化材料制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光催化材料，特指一种金属相(1T)二硫化钼/二维薄层氮化碳可见光复合光催化剂的制备和用途，属于复合材料和光解水产氢技术领域。

背景技术

从上世纪七十年代起至今，传统的能源短缺以及新能源的开发问题一直受到学界和社会广泛关注。氢能作为一种可以通过分解水得到的绿色能源，具备成为替代传统能源的潜力。长期以来，基于二氧化钛等半导体的光分解水产氢的研究得到了非常好的发展，但是传统半导体的光利用效率有限、催化剂的量子效率较低、对助催化剂贵金属铂的过度需求等问题都限制着光分解水产氢的进一步发展。

氮化碳作为一种新型的半导体光催化材料，由于其具备可见光吸收能力、物理化学性质稳定并且可以在可见光照射下分解水产氢，近年成为一个热门光催化材料。其经过自上而下方剥离法处理的二维薄层氮化碳由于其较大的比表面积和氧化还原性能，使得性能得到进一步提高。传统光解水体系中需要加入贵金属铂作为助催化剂以实现高效产氢，铂的价格昂贵且地球储备量有限，因此探索取代铂的廉价稳定光解水助催化剂也是一个研究的重要方向。金属相(1T)的二硫化钼不仅具备超高的导电性和较好的稳定性，且其对氢原子吸附的自由能接近于0，使得它理论上可以作为取代铂光解水产氢助催化剂。因此，本发明提供一种金属(1T)相二硫化钼/二维薄层氮化碳可见光复合光催化剂的制备方法，该复合材料相对于单一的二维氮化碳，其可见光分解水产氢性能得到了明显的提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种成本低廉、性质稳定的高性能金属相(1T)二硫化钼/二维薄层氮化碳可见光复合光催化剂的制备方法，通过负载少量的二硫化钼有效提升了单体氮化碳的可见光催化产氢活性，实现了廉价稳定助催化剂对贵金属铂的取代。

实现本发明的技术解决方案为：一种金属相(1T)二硫化钼/二维薄层氮化碳可见光复合光催化剂由质量比为1：1000～5:1000的二硫化钼和二维薄层氮化碳复合而成，其中二硫化钼是金属相(1T)，氮化碳具备二维薄层结构。该材料制备方法包括如下步骤：

(1)通过在热氧化的方法得到二维薄层氮化碳纳米片；所述制备方案可以参考X.She,J.Wu,J.Zhong,H.Xu,Y.Yang,R.Vajtai,J.Lou,Y.Liu,D.Du,H.Li,P.M.Ajayan,Oxygenated monolayer carbon nitride for excellent photocatalytic hydrogen evolution and external quantum efficiency,Nano Energy,27(2016)138-146。

(2)依次将二维薄层氮化碳、五氯化钼、硫代乙酰胺加入到二甲基甲酰胺中搅拌、超声分散得到混合液。

(3)将混合液转移至高压反应釜中，反应釜置于烘箱中高温反应，反应完成后将得到的物质洗涤、干燥，即可得到所述的光催化剂。

步骤(1)中，所述的热氧化方法是以三聚氰胺为前驱体，其加入量为2-10g在坩埚中，并在马弗炉中进行第一次煅烧，三聚氰胺缩聚成体相氮化碳；随后体相氮化碳被研磨成粉末，以100-800mg的体相氮化碳粉末为前驱体，并在瓷舟中平铺均匀，在马弗炉中进行二次煅烧；第三次煅烧是直接煅烧第二次煅烧后留在瓷舟的产物。

步骤(1)中，三次煅烧过程中马弗炉的升温速率分别为2℃/min、5℃/min、

2℃/min，三次煅烧保持温度为550℃，保温时间为4h、1h、1h。

步骤(2)中，二甲基甲酰胺、氮化碳、硫代乙酰胺和五氯化钼的体积质量比

为：30ml：100mg：2.25g：0.0003-0.017g。

步骤(2)中，搅拌时间为20-50min，超声时间为30-60min。

步骤(3)中，烘箱的加热温度为150-220℃，反应时间为24h。

步骤(3)中，洗涤是通过乙醇洗涤3次，去离子水洗涤3次，随后冷冻干燥

24h。