花狀二硫化鉬/銀納米球的制備及光催化性能研究

常雅楠

摘 要：水污染的治理工程越來越受到人們的重視，本項目通過水熱法以二水鉬酸鈉為鉬源，硫脲為硫源，加上表面活性劑聚乙烯吡咯烷酮的輔助作用，制備出花狀二硫化鉬納米球，以硝酸銀為銀源，制備出二硫化鉬/銀的納米球；通過一系列的表征手段對其進行形貌表征和結構分析；最后在可見光下光催化降解甲基橙實驗來比較兩種產物的光催化性能，結果表明：二硫化鉬/銀納米球的光催化效果要優于單純的二硫化鉬納米球，在可見光照射180 min時其甲基橙的降解率就能夠達到98%左右。

關鍵詞：銀；二硫化鉬；納米球；光催化

0 引言

水污染問題嚴重的威脅著人類生存，由此，各種廢水處理的方法應運而生，傳統的廢水處理方法主要涉及氧化法、中和法、吸附沉淀法[1]。但傳統的污水治理方法要比新型半導體光催化技術的能耗大，因為后者的催化動力來源于取之不盡，用之不竭的太陽光。

二硫化鉬是過渡金屬硫化物中的一種，被廣泛應用在鋰電池，光催化，催化析氫催化等一些高端熱門領域[2、3]。因為具有較大的比表面積且它的表面存在著大量催化活性位點，這就是二硫化鉬擁有較好的光催化性能關鍵所在，在可見光的照射下，二硫化鉬通過吸收光子生成空穴-電子對[4-6]，產生的空穴和水分子進行反應生成活性極強的羥基自由基，羥基自由基可以把大分子的有機污染物降解為小分子的有機物和無機離子。但二硫化鉬納米球導電性較差，在一定程度上阻礙了它的應用。實驗設想通過向二硫化鉬中加入導電性優良的金屬銀，利用復合材料之間往往會產生的協同效應，進而提高硫化鉬納米材料的光催化性能。

1 實驗部分

1.1 原料與試劑

二水鉬酸鈉，硫脲，水合肼，無水乙醇，聚乙烯比咯烷酮等試劑，均為分析純；

硝酸銀水溶液，甲基橙標準溶液。

1.2 儀器設備

FA2004B電子分析天平；XMTD-8222電熱恒溫鼓風干燥箱；KQ3200DB數控超聲波清洗器；TGL-20M高速臺式冷凍離心機；85-1磁力攪拌器；GXH500長弧氙燈；MiniFlex600X射線衍射儀；Hituchi S-800掃描電子顯微鏡；D2F-6050真空干燥箱；

1.3 實驗過程

1.3.1 MoS2納米球的制備

用分析天平稱取0.1g PVP，放置于100ml的燒杯中，向燒杯中加入40ml去離子水，攪拌溶解，用分析天平稱取0.2g二水鉬酸鈉，0.1g硫脲，將其分別倒入上述燒杯中，充分溶解后，倒入反應釜中，200℃下反應36h，將所得產物取出于離心管中，用去離子水和乙醇洗滌數次，采用離心分離的方法收集產物，最后于60℃的真空干燥箱烘干。

1.3.2 MoS2/Ag納米球的制備

用分析天平稱取0.1g MoS2納米顆粒于50ml燒杯中，向燒杯中加入10ml去離子水，攪拌使其均勻分散，再向其中加入1ml的0.1M硝酸銀溶液后充分攪拌2h，隨后加入1ml水合肼溶液，充分攪拌后置于離心管中，用去離子水和乙醇洗滌數次，采用離心分離的方法收集產物，最后于60℃的真空干燥箱烘干。

1.3.3 催化劑光催化性能的測試

光催化降解的物質為甲基橙，通過甲基橙濃度隨反應時間的變化來研究兩種催化劑的光催化性能，隨后可以采用直接比色法在紫外-可見分光度計上跟蹤分析甲基橙溶液濃度隨催化反應時間的變化。

光催化性能測試以500W高壓長弧氙燈為光源，氙燈放置于距離溶液20cm的正上方，同時整個裝置于暗箱之中。配制5ml/g的甲基橙溶液，稱取0.1g催化劑加入到盛有200ml甲基橙溶液的雙層燒杯中，充分攪拌至完全分散，將循環水打開通入雙層燒杯夾層中，混合溶液溫度保持恒定，打開長弧氙燈照射甲基橙溶液，每隔30 min移取4ml的混合溶液。

將移取的樣品溶液離心，用分光光度計對所取得樣品上清液的吸光度進行檢測，在甲基橙最大吸收波長（ max=464nm）處得到它們的吸光度數值。根據吸光度數值可以計算出甲基橙溶液的降解度隨著時間的變化，由此對比兩種催化劑的光催化效果。由Lambert-Beer定律，降解度為η=1—C/C0。

2 實驗結果和討論

3.1 納米材料的結構分析（參見圖1）

3.2納米材料的形貌分析

圖2可以清晰的觀察到材料形貌，在36h的反應時間下單純的二硫化鉬納米顆粒形貌為大小基本均勻的球狀，粒徑很小，表面為片層狀，類似于花瓣。這種結構增大了二硫化鉬納米球比表面積，有利于催化劑吸附甲基橙分子。對比而言，二硫化鉬/銀納米顆粒的表面形貌大小出現了較大的差異，相對于原本大小均勻的球狀結構，二硫化鉬/銀的納米顆粒出現了不同程度的變形，表面 看起來很粗糙，但是仍然可以看到存在許多大小不一的表面片層狀結構，這是由于銀顆粒長到了二硫化鉬顆粒的表面上。

3.3 納米材料光催化特性的分析

二硫化鉬/銀納米材料光催化反應前甲基橙溶液的顏色呈橘黃色，經過一段時間的光催化反應，甲基橙溶液的顏色消失。由圖3可以看出，在沒有光照條件下，攪拌30min后，即反應時間為零時，兩種催化劑中的甲基橙溶液都得到了部分降解，這可能是由于一定量的甲基橙分子吸附到了催化劑上。當反應時間進行到60min時，二硫化鉬/銀納米材料的中的甲基橙混合溶液的降解量是花狀二硫化鉬球中的甲基橙混合溶液的二倍，在150min到180min這段兒時間，b的光催化甲基橙降解曲線斜率遠遠大于a的，說明在這段時間內，二硫化鉬/銀納米材料的降解甲基橙降解速率依然優于單純花狀二硫化鉬球，以上即可充分說明：二硫化鉬/銀納米材料催化性能優于花狀二硫化鉬納米球。這是由于金屬銀可以更好地結合二硫化鉬的邊緣暴露的催化活性位點[7、8]，使復合材料在可見光由更多的響應。在180min時，甲基橙的降解率達到了98%。

4 結 論

光催化條件下，水熱法制備得到的二硫化鉬/銀納米顆粒在180min時使甲基橙的降解率達到98%，表明金屬銀的加入提高了復合材料的導電性，顯示了二硫化鉬/銀納米顆粒優越的光催化性能。

5 成果展望

找到更簡單有效合成高質量的納米片層MoS2的方法，以及更多種的MoS2的復合功能材料，從而提高轉化效率，使其在治理水污染問題時的應用范圍更廣，去除更多難去除的污染物。