[发明专利]用于水处理的二硫化钼及相关物质

说明书

使用通过光学和/或电激发驱动的活性材料来提供催化水处理。活性材料是MoS₂，MoSe₂，WS₂，WSe₂，Mo_xW_1‑xS₂，Mo_xW_1‑xSe₂，MoS_ySe_2‑y，WS_ySe_2‑y或Mo_xW_1‑xS_ySe_2‑y，其中0x1且0y2。活性材料被配置为具有暴露的层边缘的一个或多个分层纳米结构。金属催化剂置于活性材料上。活性材料和金属催化剂的组合结构置于待处理的水中。将激发提供至活性材料以通过水的解离产生一种或多种活性氧物质，其中活性氧物质提供水处理。

发明领域

本发明涉及水处理。

背景技术

提供饮用水可能是困难的，尤其是在没有水处理基础设施的未开发地区。解决这一需求的一种方法是光催化水处理，其中将催化剂置于待处理的水中，然后照射以提供用于所需化学反应的能量。

然而，用于光催化水处理的现有材料(例如，TiO₂)往往具有仅吸收一小部分太阳光谱的缺点，从而降低了效率和处理的速度/功效。已经尝试减轻这种效率损失，但是由此产生的材料和结构往往由于制造复杂性和/或困难而是昂贵的。因此，提供改进的基于催化剂的水处理将是本领域的一大进步。

发明概述

上述问题可以通过以下水处理方法解决。使用以下活性材料：MoS₂，MoSe₂，WS₂，WSe₂，Mo_xW_1-xS₂，Mo_xW_1-xSe₂，MoS_ySe_2-y，WS_ySe_2-y或Mo_xW_1-xS_ySe_2-y(其中0x1且0y2)。下面描述的实验工作考虑了MoS₂的情况，并且这里列出的其他材料预期具有与MoS₂类似的相关性质。活性材料被配置为具有暴露的层边缘的一个或多个分层纳米结构。金属催化剂置于活性材料上。活性材料和金属催化剂的组合结构置于待处理的水中。将激发提供给活性材料以通过水的解离产生一种或多种活性氧物质，其中活性氧物质提供水处理。

图1B显示了示例。这里容器102盛放待处理的水104。活性材料108作为具有暴露的层边缘110的层状纳米结构置于基底106上。如图所示，金属催化剂112置于活性材料108上，优选置于暴露的边缘110上。图1B中示出了两种激发，光学激发124和由施加在活性材料108和返回电极114之间的来自电压源116的电压提供的电激发。本发明的实施方式可以具有完全光学激发，完全电激发或光学和电激发的任何组合。

活性材料的激发导致产生活性氧物质118(图1B中的黑色星形)。这些活性氧物质提供了理想的水处理。例如，活性氧物质可将活细菌120(图1B中的实心椭圆形)转变成死细菌122(图1B中的空心椭圆形)。在这个示例中，水处理通过用活性氧物质杀死生物污染物来提供水的消毒。或者，水处理可以通过使化学污染物与活性氧物质反应来提供水的化学处理。在这种替代情况下，120将是化学污染物，122示意性显示由活性氧物质提供的净化反应的毒性较低的反应产物。