[发明专利]一种过渡金属掺杂富缺陷的二硫化钼及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种过渡金属掺杂富缺陷的二硫化钼及其制备方法和应用，所述过渡金属掺杂富缺陷的二硫化钼的分子式为M/MoS_2‑x，具有纳米花状结构，式中M为Mn、Co、Fe和W中的一种。本发明以富缺陷的二硫化钼作为基体材料，通过引入过渡金属，二硫化钼结构中的S空位浓度急剧增加，而高浓度的S空位，作为一个电子陷阱中心，有利于氮气的吸附和活化，明显的提升了光催化固氮的活性，例如Mn掺杂的MoS_2‑x催化剂，在可见光下不加任何牺牲剂，氨的生成速率达到了148.3μmol/g/h，这大约是纯MoS_2‑x的4.85倍。

技术领域

本发明属于光催化材料制备及技术领域，具体涉及一种过渡金属掺杂富缺陷的二硫化钼及其制备方法和在光催化固氮中的应用。

背景技术

大气中氮(N₂)固定为氨(NH₃)是所有生物和人类生存的最基本的自然过程之一。氨的来源主要依靠生物固氮和工业合成氨。其中工业合成氨(Haber-Bosch法)奠定了现代农业的基础，极大地推动了现代文明的进步。但是这种方法需要高温(400-600℃)、高压(20-50MPa)来实现N≡N的解离。并且反应过程需要以消耗H₂为代价，这消耗了全球能源成本的1-2％。因此考虑到可持续发展的理念，发展一种生态友好、能源依赖度低的合成方法来取代Haber-Bosch法合成氨是十分必要的。人们普遍认为，利用太阳能作为动力实现光化学合成氨具有很大的潜力。然而，大量的研究表明，由于非极性N≡N键和较高的键能(≈945kJ/mol)，光催化NRR过程存在着光催化量子效率低的问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于一种过渡金属掺杂富缺陷的二硫化钼及其制备方法和应用，通过引入过渡金属，二硫化钼结构中的S空位浓度急剧增加，而高浓度的S空位，作为一个电子陷阱中心，有利于氮气的吸附和活化，明显的提升了光催化固氮的活性。

为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种过渡金属掺杂富缺陷的二硫化钼，其分子式为M/MoS_2-x，具有纳米花状结构，式中M为Mn、Co、Fe和W中的一种。

作为优选，所述M/MoS_2-x，中，M与Mo的摩尔比为(0.005-0.1)：1；进一步优选为(0.02-0.04)：1。

本发明还提供了上述过渡金属掺杂富缺陷的二硫化钼的制备方法，先将四水钼酸铵、硫脲、M的可溶性盐和水均匀混合得混合液，再将混合液进行水热处理即得。

作为优选，所述四水钼酸铵和硫脲的摩尔比为1：2～2.15，四水钼酸铵在混合液中的浓度为0.01～0.04mol/L。

作为优选，当M为Mn时，M的可溶性盐为四水合氯化锰；当M为Co时，M的可溶性盐为氯化钴；当M为Fe时，M的可溶性盐为氯化铁；当M为W时，M的可溶性盐为乙醇钨。

作为优选，水热处理的温度为180～220℃，时间为12～24h。

本发明还提供了上述过渡金属掺杂富缺陷的二硫化钼的应用，将其用于光催化固氮反应。

与现有技术相比，本发明的优点：

本发明以富缺陷的二硫化钼作为基体材料，通过引入过渡金属，二硫化钼结构中的S空位浓度急剧增加，而高浓度的S空位，作为一个电子陷阱中心，有利于氮气的吸附和活化，明显的提升了光催化固氮的活性，例如Mn掺杂的MoS_2-x催化剂，在可见光下不加任何牺牲剂，氨的生成速率达到了148.3μmol/g/h，这大约是纯MoS_2-x的4.85倍。

附图说明

图1为对比例1制得的MS和实施例1制得的Mn-MS-4的SEM图和EDS分析；