[发明专利]一种硫化钼纳米片/二氧化钛纳米片/石墨纤维复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光催化剂领域，具体涉及一种具有紫外及可见光光催化效果的硫化钼纳米片/二氧化钛纳米片/石墨纤维复合材料及其制备方法。

背景技术

近年来光催化领域迅速发展，光催化降解有机物更是光催化研究领域的一个重要分支。光催化技术，是在光的作用下进行的化学反应。光化学反应需要分子吸收特定波长的电磁辐射，受激产生分子激发态，然后会发生化学反应生成新的物质，或者变成引发热反应的中间化学产物。光化学反应的活化能来源于光子的能量，在太阳能的利用中光电转化以及光化学转化一直是十分活跃的研究领域。

利用二氧化钛光催化降解有机染料不仅效率高、成本低而且环保可靠。二氧化钛光催化剂因催化活性高、氧化能力强、稳定性好、反应条件温和等成为常用的光催化剂。但是，二氧化钛属于宽禁带半导体，二氧化钛的禁带宽度为3.2eV，只能被波长小于380nm的紫外光所激发使二氧化钛发生电子跃迁，从而产生电子-空穴对。而太阳光光谱分布中大约只有5％的紫外光，可见光的能量占到48％，二氧化钛对其余大部分可见光均不能产生响应。另外，当二氧化钛受到太阳光辐射时，被太阳光所激发的电子-空穴对很容易在内部迅速复合，这大大阻碍了二氧化钛在实际光催化领域的应用。

目前，常通过改性二氧化钛来制备具有可见光催化活性光催化剂。如公开号为CN101596457A公开了一种硼和其他元素共掺杂的纳米二氧化钛光催化剂，该二氧化钛光催化剂中掺杂了硼和其他元素，所述其他元素可以为过渡金属、稀土金属或非金属元素中的一种或多种。但是该专利的光催化效率低，应用范围较窄。

石墨纤维是分子结构已石墨化、含碳量高于99％的具有层状六方晶格石墨结构的纤维。石墨纤维具有优质的导电性，是良好的电子受体，在一定程度上弥补了二氧化钛的电子-空穴易复合的缺陷。二氧化钛纳米片具有更高比例的{001}活性晶面，在光催化降解有机污染物过程中占优势，结合二维硫化钼纳米片、二维二氧化钛纳米片与一维的石墨纤维构成的三维异质结构可增强二氧化钛纳米片光催化效果，弥补二氧化钛纳米片的不足。现有技术中还未有关于二维硫化钼纳米片、二维二氧化钛纳米片与一维的石墨纤维构成的三维异质结构增强二氧化钛纳米片可见光光催化效果的相关报道。

发明内容

本发明为解决现有的二氧化钛光催化材料存在的只能吸收紫外光、光催化效率低的技术问题，本发明的目的之一是提供一种具有紫外及可见光光催化效果的、光催化效率高的硫化钼纳米片/二氧化钛纳米片/石墨纤维复合材料。该硫化钼纳米片/二氧化钛纳米片/石墨纤维复合材料中液相生长的二氧化钛纳米片的厚度为75～100nm，宽度为700～1000nm，硫化钼纳米片呈层状覆盖在二氧化钛纳米片表面。

本发明的目的之二是提供一种具有紫外及可见光光催化效果的、光催化效率高的硫化钼纳米片/二氧化钛纳米片/石墨纤维复合材料的制备方法。得到一种硫化钼纳米片/二氧化钛纳米片/石墨纤维复合材料操作过程简单，生产成本低的制备工艺。

为解决以上技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种硫化钼纳米片/二氧化钛纳米片/石墨纤维复合材料，所述硫化钼纳米片/二氧化钛纳米片/石墨纤维复合材料中液相生长的二氧化钛纳米片的厚度为75～100nm，宽度为700～1000nm，硫化钼纳米片呈层状覆盖在二氧化钛纳米片表面。

一种硫化钼纳米片/二氧化钛纳米片/石墨纤维复合材料的制备方法，具体步骤如下：

步骤1：将一定量的石墨纤维、盐酸溶液混合后，超声反应研磨后逐滴加入一定量钛酸丁酯、氟化氢溶液充分搅拌制备第一反应溶液。

步骤2：将第一混合液置于水热反应釜内，充分反应后将产物过滤、清洗、干燥制备成二氧化钛纳米片/石墨纤维复合材料。

步骤3：取一定量二氧化钛纳米片/石墨纤维复合材料加入适量二水钼酸钠与硫脲，用去离子水配成第二反应溶液。

步骤4：将第二混合液置于水热反应釜内充分反应后将产物分别过滤、清洗、干燥制成硫化钼纳米片/二氧化钛纳米片/石墨纤维复合材料。

步骤2制备的二氧化钛纳米片/石墨纤维复合材料促进了光生电子与空穴的分离，有效提高了对太阳光的利用率，步骤4制备的本方法硫化钼纳米片/二氧化钛纳米片/石墨纤维复合材料在紫外光、可见光下对甲基橙均具有较高的光催化降解效果，有效提高了对太阳光的利用率，二维硫化钼纳米片、二维二氧化钛纳米片与一维的石墨纤维构成的三维异质结构可增强二氧化钛纳米片光催化效果，弥补二氧化钛纳米片的不足。