二硫化钼基复合材料的制备及光催化性能研究

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开发和探索稳定、高效的可见光活性光催化剂是解决环境问题的方案之一。本文在导电碳布基底(Carbon Cloth简写为CC)上设计并制备了二硫化钼(MoS2)基复合材料光催化剂,通过扩大光吸收范围、提高载流子分离效率,增强了光催化剂的性能。具体内容如下:1、制备了CC/ZnO/MoS2异质结构,并研究了该材料的光催化性能。通过水热法在碳布上制备了ZnO纳米棒,随后,在ZnO表面生长单片厚度约20 nm的MoS2纳米片,通过改变MoS2的生长时间来调控ZnO表面MoS2的量。测试了ZnO/MoS2异质结构复合材料的光催化降解亚甲基蓝的性能,发现MoS2生长时间为6 h的样品具有最高的光催化效率,60 min内对25 m L 40 ppm的亚甲基蓝溶液的降解率超过90%。窄带隙的MoS2提高了材料的光吸收,纳米片状的MoS2为光催化反应提供了大量的活性位点,大量的ZnO/MoS2界面提供了载流子分离的场所,棒状的ZnO促进了载流子的传输,最终提高了复合材料的光催化效率。2、制备了CC/ZnO/Ag/MoS2异质结构,并研究了该材料的光催化性能。采用真空蒸镀的方法在ZnO纳米棒上蒸镀Ag,随后构建了CC/ZnO/Ag/MoS2 Z-型异质结构的光催化剂,通过改变蒸镀Ag的厚度来优化其催化性能。测试了CC/ZnO/Ag/MoS2 Z-型异质结构复合材料的光催化降解亚甲基蓝的性能,发现当蒸镀的Ag的厚度为5 nm时,样品具有最高的催化活性,40 min对25 m L 40 ppm的亚甲基蓝溶液的降解率超过98%。与CC/ZnO/MoS2相比,Ag单质的引入使复合材料构成了Z-型异质结结构,有效提高电子空穴的分离效率,另外,Z-型异质结提高了氧化还原电位,使其具有更强的氧化还原能力,最终提高了复合材料的光催化效率。3、制备了CC/MoS2/Ag2S异质结构,并研究了该材料的光催化性能。通过水热法,在碳布生长单片厚度约20 nm的MoS2纳米片,然后通过离子层吸附法在MoS2纳米片上生长了Ag2S颗粒。通过调控离子层沉积时间,控制MoS2纳米片上Ag2S的量,进而优化其光催化性能。测试了CC/MoS2/Ag2S复合材料的光催化降解亚甲基蓝的性能,发现离子层沉积时间为6 min生长的CC/MoS2/Ag2S复合材料具有最高的光催化效率,80 min对20 m L浓度为40 ppm的亚甲基蓝溶液的降解效率超过90%。这种复合材料因形成II型异质结,有效提高了载流子的分离效率和传输速率,最终使其催化效率提高。
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