[發(fā)明專利]一維TiO2納米線的制備方法和TiO2/MoS2復(fù)合物的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410374381.X
• 申請日: 2014-07-31
• 公開（公告）號: CN104140124A
• 公開（公告）日: 2014-11-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 向斌;沈夢;楊雷
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號: C01G23/053
• 分類號: C01G23/053;B82Y30/00;B82Y40/00;C01G39/06;B01J27/047
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 賀衛(wèi)國

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及三個方面：一、一維TiO₂納米線的制備方法；二、通過水熱法合成的TiO₂/MoS₂核殼結(jié)構(gòu)；三、核殼結(jié)構(gòu)在可見光催化方面的應(yīng)用。?

背景技術(shù)

金屬氧化物半導(dǎo)體，MO_X，由于其在光催化，太陽能電池，傳感器等方面具有巨大的研究潛力而成為研究熱點(Khaselev?et?al.，Science，1998，280，425-427；Saito?et?al.，Energy?Environ.Sci.，2008，1，280-283，Chen?et?al.，Adv.Mater.，2005，17，582-586)。其中，光催化制氫的催化效率很大程度上是由半導(dǎo)體可吸收的光的波長以及其抑制光生電子和空穴復(fù)合的能力決定的。TiO₂是直接寬帶隙半導(dǎo)體，帶隙為3.2eV，而其納米線具有比較大的比表面積，有利于加速表面反應(yīng)的進行，這使得TiO₂這種寬禁帶半導(dǎo)體光催化劑被廣泛應(yīng)用于潔凈能源和環(huán)境保護領(lǐng)域。然而，在太陽光下，TiO₂具有低效率的催化氧化還原反應(yīng)，極大的阻礙了催化效率的提高。因此，副催化劑常用來減小活化能，提高TiO₂的反應(yīng)活性，如貴金屬Ag，Au，Pd和Pt(Fujita?et?al.，Nat.Mater.，2012，11，775-780；Lim?et?al.，Science，2009，324，1302-1305；Tian?et?al.，Science，2007，316，732-735)。但是貴金屬價格高昂，極大的阻礙了制氫產(chǎn)業(yè)的商業(yè)化進程。因此，其他價格低廉的金屬化合物引起廣泛關(guān)注，如Co₃O₄，NiO等(Liangetal.，Nat.Mater.，2011，10，780-786；Yanget?al.，Nature，2008，453，638-641；Sau?et?al.，Adv.Mater.，2010，22，1781-1804；Gondal?et?al.，Chem.Phys.Lett.，2004，385，111-115)。?

此外，研究表明通過改變TiO₂的吸收波長也可以調(diào)控其催化特性，如可控的引入雜質(zhì)，在TiO₂的能帶中產(chǎn)生施主或者受主能級，改變TiO₂的能帶結(jié)構(gòu)，擴大其吸收波長(Asahi?et?al.，Science，2001，293，269-271；?Khan?et?al.，Science，2002，297，2243-2245)。而MoS₂是過渡族金屬硫化物，具有層狀結(jié)構(gòu)，每一層是由S-Mo共價鍵組成的具有類似于“三明治”的層狀結(jié)構(gòu)(金屬Mo層位于兩層S之間)，而“三明治”結(jié)構(gòu)之間是由很弱的范德瓦耳斯力連接(Parkinson?et?al.，J.Phys.Chem.，1982，86，463-467)。塊狀MoS₂是間接帶隙半導(dǎo)體，帶隙為1.2eV(Parkinson?et?al.，J.Phys.Chem.，1982，86，463-467)。隨著層數(shù)的減少，帶隙增加，且單層MoS₂是帶隙為1.9eV的直接帶隙半導(dǎo)體(Heinz?et?al.，Phy.Rev.Lett.，2010，105，136805)，且其吸收波長主要為可見光波段。因此，MoS₂作為副催化劑，使得復(fù)合物具備在可見光催化性能。?

發(fā)明內(nèi)容

如何提高TiO₂的催化效率仍然是研究界的一大難題。本發(fā)明通過靜電紡絲制備一維TiO₂納米線，其直徑在50nm左右，并隨后通過水熱法合成TiO₂/MoS₂復(fù)合物，具備在可見光下催化性能。?

本發(fā)明的一個方面涉及一種一維TiO₂納米線的制備方法，所述方法包括：?

a.將鈦酸四正丁酯、乙酸、乙醇以及聚乙烯吡咯烷酮(PVP)配制成溶液；?

b.使用以上溶液進行靜電紡絲；?

c.紡絲結(jié)束，將收集到的復(fù)合納米線煅燒。?

在本發(fā)明的一個實施方案中，在步驟c中的煅燒之前，將復(fù)合納米線在環(huán)境濕度為40％-60％，優(yōu)選45-55％，再優(yōu)選50-55％，最優(yōu)選50％的情況下靜置。?