[发明专利]一种V‑N共掺杂TiO2/MoS2复合光催化材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种V-N共掺杂TiO₂/MoS₂复合光催化材料的制备方法，属于光催化材料制备技术领域。

背景技术

太阳能作为一种清洁、安全、丰富的可再生能源越来越受到人们的关注。地球的大气、海洋和陆地每年吸收的太阳能大约为3.85×10⁶EJ，相当于人类取得和开采的所有地球上不可再生能源煤、石油、天然气和铀总和的2倍。因此，充分利用太阳能不但能解决能源危机，也会减少环境污染与生态破坏。虽然到达地球表面的太阳能总量很大，但是能流密度很低，而且受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制，以及阴、晴、云、雨等随机因素的影响，使太阳能具有不稳定性。因此，我们需要一种有效的手段将太阳能转化为电能、化学能等，并将其集中储存进而克服自然条件及随机因素的限制。半导体光电功能材料由于具有光电导和光伏效应，是将太阳能转化为化学能和电能的主要媒介，为太阳能的利用提供了可能。光电功能材料的光电活性在本质上是由半导体材料受到足够能量的光激发后产生光生电荷的行为特性所决定的。

在各种绿色技术之中，研究者们更加关注半导体光催化技术，因为光催化过程能量消耗低，反应条件温和，装置简单，既可以在室外利用太阳光资源也可以在室内利用低成本的人造光源，而且反应过程中可以同时发生氧化反应与还原反应，在光解水制备氢气和氧气，光分解污染物，人工光合作用，光电转换等方面都具有潜在应用价值。

半导体光催化技术作为一种解决环境与能源问题的有效途径，具有很好的发展前景。但是，目前传统光催化材料存着两个关键问题，影响催化剂的光催化活性和其实际应用：光响应范围窄和量子效率低。

半导体光电功能材料不仅在太阳电池，光催化方面有重要应用，而且在传感器，生物监测等方面也有重要的应用。

因此，拓展光催化材料的光吸收范围，提高光生电子-空穴的分离率，抑制光生载流子的复合是提高光催化效率的关键因素。是光催化领域需要解决的重要问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对目前传统光催化材料光响应范围窄和量子效率低的问题，提供了一种V-N共掺杂TiO₂/MoS₂复合光催化材料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

（1）取钛酸四丁酯、冰醋酸加入无水乙醇中混合均匀，再加入二乙醇胺、偏钒酸铵搅拌2～3h，得混合液；

（2）取二硫化钼粉末、胆酸钠加入去离子水中波超声分散6～8h，并低速离心分离30～40min，取上清液，再高速离心分离30～40min，取沉淀，得类石墨烯结构二硫化钼；

（3）取类石墨烯结构二硫化钼加入醋酸溶液中超声分散30～40min，得基体液；

（4）将混合液滴加入基体液中，在0～4℃下，以600～800r/min搅拌至滴加完毕，水热反应后过滤得滤渣，将滤渣水洗干燥，得V-N共掺杂TiO₂/MoS₂复合光催化材料。

步骤（1）所述钛酸四丁酯、二乙醇胺、偏钒酸铵的摩尔比为（10～20）：（1～2）：（1～2）。

步骤（1）所述冰醋酸与无水乙醇的质量比为1：10，用量为钛酸四丁酯质量的12～60%。

步骤（2）所述二硫化钼粉末与去离子水的质量比为1：200，胆酸钠的用量为二硫化钼粉末质量的25～36%。

步骤（2）所述低速离心分离速率为3000～4000r/min，所述高速离心分离速率为10000～12000r/min。

步骤（3）所述类石墨烯结构二硫化钼与钛酸四丁酯的质量比为（2～4）：（17～34），所述醋酸溶液的质量分数为1%，用量为类石墨烯结构二硫化钼质量的25～100倍。

步骤（4）所述水热反应过程为转入水热反应釜中，加热至120～160℃，保温反应12～15h。

本发明与其他方法相比，有益技术效果是：

（1）本发明通过将V-N以间隙方式进入TiO₂晶格，并与MoS₂复合形成特殊结构，在光催化反应中提供更多的活性位点，更利于催化过程中物质的吸附与传递，即吸附协同作用增强光催化；