二硫化钼纳米复合材料的制备及其光催化性能的研究

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光催化材料TiO2因廉价、无毒、稳定等优点成为目前应用最为广泛的光催化剂,但光催化技术在环境治理和能源供给方面有着潜在的应用价值,因此制备出稳定、高效的光催化材料有着重要意义。传统的是TiO2只能吸收紫外光,光能利用率低,限制了其应用。针对此问题,本文以具有可见光响应的新型半导体材料MoS2为研究对象,采用低成本的水热法制备了MoS2粉体,研究了MoS2的光催化性能,为进一步提高MoS2的光催化性能,对MoS2进行复合改性制备ZnO/MoS2复合材料,并测试了复合材料的光催化性能。以钼酸钠(Na2MoO4·2H2O)为钼源,硫脲(CS(NH22)为硫源,采用温和的水热法制备了具有高比表面积的花球状纳米MoS2;通过XRD、SEM、BET等测试手段,表征纳米MoS2的结构和形貌,通过改变Mo/S原子比、水热反应时间、水热反应温度、前驱体溶液pH值、表面活性剂等工艺条件,探讨了纳米MoS2结构和形貌的变化规律,并提出了花球状纳米MoS2可能的生长机理。研究结果表明,当反应温度为220℃、反应时间为24h、前驱体溶液的pH为1.5、钼硫原子比为1:5、CTAB为表面活性剂时,可制备出花状微球结构的纳米MoS2,优化工艺参数条件下制备的纳米MoS2的比表面积为89.72m2/g。选取最优条件下制备的纳米MoS2粉末,以阳离子染料(罗丹明B,RhB;亚甲基蓝,MB)和阴离子染料(甲基橙,MO),以及RhB-MO、MB-MO二元混合物为探针分子,探讨了催化剂的投放量、污染物初始浓度、溶液的初始pH值对MoS2粉末催化效果的影响,结果表明,纳米MoS2具有很好的可见光催化能力,当催化剂投放量为0.05g,在较低初始浓度(10mg/L、20 mg/L)和弱酸环境(pH=57)下表现出较高的催化性能。在单一污染物溶液中,MoS2粉末对RhB、MB、MO的降解率分别为87.71%、85.69%、84.87%;在RhB-MO混合液中,RhB和MO的最高降解率分别达到71.30%和84.68%;在MB-MO混合液中,MB和MO的最高降解率分别为84.13%和76.80%;其次探究了纳米MoS2粉末的稳定性,结果表明纳米MoS2粉末在循环5次后仍具有较好的光催化性能,其对RhB的降解率保持在85%左右;最后对纳米MoS2的催化降解机理做了简单分析。选取最优条件下制备的MoS2粉末,以氯化锌(ZnCl2)和氢氧化钠(NaOH)为锌源,通过水热法在MoS2纳米片上生长ZnO纳米颗粒,制备了纳米ZnO/MoS2复合材料,对不同MoS2和ZnCl2质量比条件下合成的ZnO/MoS2复合材料进行了XRD、SEM等表征;并测试了不同MoS2和ZnCl2质量比条件下合成的ZnO/MoS2复合材料的光催化性能,结果表明,当ZnO的复合量为20%时,所制备的ZnO/MoS2复合材料对RhB光催化降解率达到95.45%,其比表面积为109.9 m2/g;最后对ZnO/MoS2复合材料的可能光催化机理做了探讨。
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