[发明专利]一维TiO2纳米线的制备方法和TiO2/MoS2复合物的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，尤其涉及三个方面：一、一维TiO₂纳米线的制备方法；二、通过水热法合成的TiO₂/MoS₂核壳结构；三、核壳结构在可见光催化方面的应用。 

背景技术

金属氧化物半导体，MO_X，由于其在光催化，太阳能电池，传感器等方面具有巨大的研究潜力而成为研究热点(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，光催化制氢的催化效率很大程度上是由半导体可吸收的光的波长以及其抑制光生电子和空穴复合的能力决定的。TiO₂是直接宽带隙半导体，带隙为3.2eV，而其纳米线具有比较大的比表面积，有利于加速表面反应的进行，这使得TiO₂这种宽禁带半导体光催化剂被广泛应用于洁净能源和环境保护领域。然而，在太阳光下，TiO₂具有低效率的催化氧化还原反应，极大的阻碍了催化效率的提高。因此，副催化剂常用来减小活化能，提高TiO₂的反应活性，如贵金属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)。但是贵金属价格高昂，极大的阻碍了制氢产业的商业化进程。因此，其他价格低廉的金属化合物引起广泛关注，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，研究表明通过改变TiO₂的吸收波长也可以调控其催化特性，如可控的引入杂质，在TiO₂的能带中产生施主或者受主能级，改变TiO₂的能带结构，扩大其吸收波长(Asahi et al.，Science，2001，293，269-271； Khan et al.，Science，2002，297，2243-2245)。而MoS₂是过渡族金属硫化物，具有层状结构，每一层是由S-Mo共价键组成的具有类似于“三明治”的层状结构(金属Mo层位于两层S之间)，而“三明治”结构之间是由很弱的范德瓦耳斯力连接(Parkinson et al.，J.Phys.Chem.，1982，86，463-467)。块状MoS₂是间接带隙半导体，带隙为1.2eV(Parkinson et al.，J.Phys.Chem.，1982，86，463-467)。随着层数的减少，带隙增加，且单层MoS₂是带隙为1.9eV的直接带隙半导体(Heinz et al.，Phy.Rev.Lett.，2010，105，136805)，且其吸收波长主要为可见光波段。因此，MoS₂作为副催化剂，使得复合物具备在可见光催化性能。 

发明内容

如何提高TiO₂的催化效率仍然是研究界的一大难题。本发明通过静电纺丝制备一维TiO₂纳米线，其直径在50nm左右，并随后通过水热法合成TiO₂/MoS₂复合物，具备在可见光下催化性能。 

本发明的一个方面涉及一种一维TiO₂纳米线的制备方法，所述方法包括： 

a.将钛酸四正丁酯、乙酸、乙醇以及聚乙烯吡咯烷酮(PVP)配制成溶液； 

b.使用以上溶液进行静电纺丝； 

c.纺丝结束，将收集到的复合纳米线煅烧。 

在本发明的一个实施方案中，在步骤c中的煅烧之前，将复合纳米线在环境湿度为40％-60％，优选45-55％，再优选50-55％，最优选50％的情况下静置。