二硫化鉬的水熱合成及其光催化性能研究.pdf

1、二硫化鉬(MoS2)是一種具有層狀結(jié)構(gòu)、屬于六方晶系的半導(dǎo)體材料。由于其特殊的層狀結(jié)構(gòu)，MoS2具有多種優(yōu)異的性能，例如潤滑性、催化、光電效應(yīng)和各向異性等等。因此，MoS2在潤滑劑、光催化、鋰離子電池和場效應(yīng)管方面有廣泛的應(yīng)用前景。
　　本文采用水熱合成技術(shù)，以鉬酸鈉為鉬源、以硫脲作為硫源配制反應(yīng)前驅(qū)溶液，然后分別添加硅鎢酸、四丁基溴化銨和草酸，合成不同形貌的MoS2納米材料。采用X射線衍射儀(XRD)、電子掃描顯微鏡(SEM)、

2、X射線能譜儀(XPS)、高分辨率透射電鏡(HRTEM)以及拉曼光譜等表征手段，探討了合成工藝條件對MoS2的微結(jié)構(gòu)和性能的影響規(guī)律，并研究其合成機(jī)理。最后利用所合成的類花狀MoS2粉末進(jìn)行了光催化降解甲基橙溶液研究，以評估其在光催化領(lǐng)域上的應(yīng)用前景。其研究結(jié)果總結(jié)如下:
　　(1)采用溫和的水熱合成技術(shù)，以鉬酸鈉為鉬源、以硫脲作為硫源合成MoS2納米材料，通過添加硅鎢酸、四丁基溴化銨和草酸作為活性劑，調(diào)控水熱合成的工藝條件達(dá)到對M

3、oS2形貌可控合成的目的。在沒有添加活性劑時(shí)，在溫度200℃反應(yīng)24 h條件下成功合成了由厚度為20 nm的納米紙聚集在一起形成平均直徑為2～4μm的類花狀MoS2微球，所合成的MoS2晶體結(jié)構(gòu)為2H型結(jié)構(gòu)。當(dāng)添加硅鎢酸作為助還原劑時(shí)，硅鎢酸作為中間體參與其中的反應(yīng)，可制備出粒徑大約3～5μm的實(shí)心球二硫化鉬，并且有助于提高樣品結(jié)晶度;以四丁基溴化銨(TBAB)作為活性劑時(shí)，TBAB本身不參與其中化學(xué)反應(yīng)，而是為反應(yīng)提供成核的場所，在2

4、00℃條件下反應(yīng)24 h可以制備出具有雙面結(jié)構(gòu)的板塊狀MoS2,其中一面為空心球，另一面則為較平整平面;當(dāng)添加具有還原作用的草酸時(shí)，同樣可合成類花狀MoS2微球，但直徑減小至1.2μm左右。草酸參與化學(xué)反應(yīng)，可提高產(chǎn)物結(jié)晶性。
　　(2)采用水熱合成技術(shù)，以鉬酸鈉為鉬源，硫脲為硫源，草酸為助還原劑，去離子水為溶劑配制反應(yīng)前驅(qū)液，在200℃下反應(yīng)24小時(shí)合成了由納米紙花瓣聚集在一起形成的類花狀MoS2微球。MoS2微球具有2H型晶體

5、結(jié)構(gòu)，MoS2納米片沿(002)方向擇優(yōu)生長的。重點(diǎn)研究草酸濃度、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度等工藝條件對MoS2微球的結(jié)構(gòu)和形貌的影響。結(jié)果表明:隨著反應(yīng)前驅(qū)液中草酸濃度的增加，MoS2納米紙微球的直徑逐漸減小。而當(dāng)草酸濃度增加到0.1125 M時(shí)，合成的產(chǎn)物不再具有類花狀結(jié)構(gòu)，而是形成無規(guī)則MoS2粒子;在其他工藝條件相同情況下，反應(yīng)時(shí)間分別持續(xù)了4h、8h、12h、16h、20h和24h條件下均可制備出類花狀MoS2微球，而且隨著反應(yīng)時(shí)間的

6、延長，微球直徑逐漸增大，但增長速度是逐漸減慢的;當(dāng)前驅(qū)溶液濃度過低時(shí)，不能制備出類花狀MoS2;最后分析了類花狀MoS2微球的形成機(jī)理。隨著草酸濃度的提高，溶液中的具有還原性的C2O42-和H+不斷增加，這首先提高了反應(yīng)速度，加快成核速率，大量游離的H+離子會(huì)被納米片邊緣上存在的不飽和鍵所吸引聚集，產(chǎn)生電荷屏蔽效應(yīng)，抑制MoS2納米片的生長，導(dǎo)致了類花狀MoS2的直徑隨著草酸濃度的增加而不斷減小，從而最后導(dǎo)致花瓣的消失。
　　(3

7、)利用不同草酸濃度下制備的MoS2樣品，對甲基橙溶液進(jìn)行光催化降解研究，并闡述了MoS2光催化降解原理。實(shí)驗(yàn)表明，MoS2的降解效率與其粒徑和形貌有關(guān)。直徑約為1.1μm類花狀MoS2微球和直徑約為0.25μm實(shí)心顆粒狀MoS2的降解效率較高，約為79％和60.6％;而直徑分別為4.5μm和3.9μm類花狀MoS2的催化降解效率則較低，分別為10.6％和13.6％左右。另外，催化劑的使用量和甲基橙溶液的初始濃度均對催化降解效率產(chǎn)生影響，