[发明专利]一种多孔层状过渡金属硫族化合物及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及催化剂领域，提供了一种多孔层状过渡金属硫族化合物及其制备方法和应用。本发明提供的制备方法包括以下步骤：(1)将二氧化硅微球、过渡金属盐和硫族单质混合后进行压制处理，得到压片；所述二氧化硅微球为单一粒径的二氧化硅微球或由不同粒径的二氧化硅微球组成；(2)将所述压片在氢气氛围中进行烧结，然后除去二氧化硅微球，得到多孔层状过渡金属硫族化合物。采用本发明方法制备的多孔层状过渡金属硫族化合物晶格层边缘暴露量增加，具有更多的活性位点，催化活性较高，在可见光照射下，能够有效催化醇氧化成醛或者催化硫醚氧化成亚砜。

技术领域

本发明涉及催化剂领域，尤其涉及一种多孔层状过渡金属硫族化合物及其制备方法和应用。

背景技术

层状过渡金属硫族化合物(TMDs：transition metal dichalcogenides)的化学式一般为MX₂，其中M为过渡金属，主要包括Mo、W、V等，X为硫族元素(S、Se、Te)。层状过渡金属硫族化合物具有类似石墨的层状晶格层，其晶格层一般为由三个原子层组成的夹层结构：中间一层为过渡金属原子层，两侧为硫族元素层，一般简写为X-M-X晶格层；在X-M-X晶格层内，金属原子与硫族元素原子通过强化学键连接在一起，晶格层之间则只通过较弱的范德华力堆积在一起。在TMDs材料中，半导体材料的能带结构比较特殊，电子跃迁主要来源于材料中金属元素的d轨道电子而不是硫族元素的价电子，极大地提升了S/Se/Te元素的抗光腐蚀能力，具有很好的稳定性(R.Coehoorn,C.Haas,J.Dijkstra,C.J.F.Flipse,R.A.D.Groot,A.Wold.Electronic Structure of MoSe₂,MoS₂,and WSe₂.I.Band-structure Calculations and Photoelectron Spectroscopy[J].Phys.Rev.B,1987,35(12),6195-6202.)；而且，TMDs材料的禁带宽度相对较窄(2.4eV)，可在可见光照射下发生光催化反应。但对于普通的TMDs材料来说，由于其晶格层内原子成键已饱和，所以催化活性位点少，催化性能较差。

研究表明，晶格层边缘原子由于大量悬键(dangling bond)存在使得材料的催化活性大大提高，理论上被认为是各种催化反应中活性位点所在(T.F.Jaramillo,K.P.J.Bonde,J.H.Nielsen,S.Horch,I.Chorkendorff.Identification ofActive Edge Sites for Electrochemical H₂ Evolution from MoS₂ Nanocatalysts[J].Science,2007,317,100-102.)。但由于TMDs晶体生长过程中有减少表面能的强烈自发趋势，材料总是通过形成片层形貌，卷曲成纳米管形貌等方式减少晶格层边缘的暴露比例。如何克服晶体生长过程中减少表面能的热力学自发倾向，设计合成具有高晶格层边缘暴露量的TMDs材料成为开发该类更高性能催化剂的关键。

发明内容

本发明提供了一种多孔层状过渡金属硫族化合物及其制备方法和应用，采用本发明方法制备的多孔层状过渡金属硫族化合物晶格层边缘暴露量增加，具有更多的活性位点，催化活性较高，在可见光照射下，能够有效催化醇氧化成醛或者催化硫醚氧化成亚砜。

本发明提供了一种多孔层状过渡金属硫族化合物的制备方法，包括以下步骤：

(1)将二氧化硅微球、过渡金属盐和硫族单质混合后进行压制处理，得到压片；所述二氧化硅微球为单一粒径的二氧化硅微球或由不同粒径的二氧化硅微球组成；

(2)将所述压片在氢气氛围中进行烧结，然后除去二氧化硅微球，得到多孔层状过渡金属硫族化合物。

优选的，所述步骤(1)中二氧化硅微球的直径为5～200nm。