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(lái)越受到人們的重視，本項(xiàng)目通過(guò)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(guò)一系列的表征手段對(duì)其進(jìn)行形貌表征和結(jié)構(gòu)分析；最后在可見(jiàn)光下光催化降解甲基橙實(shí)驗(yàn)來(lái)比較兩種產(chǎn)物的光催化性能，結(jié)果表明：二硫化鉬/銀納米球的光催化效果要優(yōu)于單純的二硫化鉬納米球，在可見(jiàn)光照射180 min時(shí)其甲基橙的降解率就能夠達(dá)到98%左右。

關(guān)鍵詞：銀；二硫化鉬；納米球；光催化

0 引言

水污染問(wèn)題嚴(yán)重的威脅著人類(lèi)生存，由此，各種廢水處理的方法應(yīng)運(yùn)而生，傳統(tǒng)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(tǒng)的污水治理方法要比新型半導(dǎo)體光催化技術(shù)的能耗大，因?yàn)楹笳叩拇呋瘎?dòng)力來(lái)源于取之不盡，用之不竭的太陽(yáng)光。

二硫化鉬是過(guò)渡金屬硫化物中的一種，被廣泛應(yīng)用在鋰電池，光催化，催化析氫催化等一些高端熱門(mén)領(lǐng)域[2、3]。因?yàn)榫哂休^大的比表面積且它的表面存在著大量催化活性位點(diǎn)，這就是二硫化鉬擁有較好的光催化性能關(guān)鍵所在，在可見(jiàn)光的照射下，二硫化鉬通過(guò)吸收光子生成空穴-電子對(duì)[4-6]，產(chǎn)生的空穴和水分子進(jìn)行反應(yīng)生成活性極強(qiáng)的羥基自由基，羥基自由基可以把大分子的有機(jī)污染物降解為小分子的有機(jī)物和無(wú)機(jī)離子。但二硫化鉬納米球?qū)щ娦暂^差，在一定程度上阻礙了它的應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)設(shè)想通過(guò)向二硫化鉬中加入導(dǎo)電性?xún)?yōu)良的金屬銀，利用復(fù)合材料之間往往會(huì)產(chǎn)生的協(xié)同效應(yīng)，進(jìn)而提高硫化鉬納米材料的光催化性能。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料與試劑

二水鉬酸鈉，硫脲，水合肼，無(wú)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(biāo)準(zhǔn)溶液。

1.2 儀器設(shè)備

FA2004B電子分析天平；XMTD-8222電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱；KQ3200DB數(shù)控超聲波清洗器；TGL-20M高速臺(tái)式冷凍離心機(jī)；85-1磁力攪拌器；GXH500長(zhǎng)弧氙燈；MiniFlex600X射線(xiàn)衍射儀；Hituchi S-800掃描電子顯微鏡；D2F-6050真空干燥箱；

1.3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

1.3.1 MoS2納米球的制備

用分析天平稱(chēng)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(chēng)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(yīng)釜中，200℃下反應(yīng)36h，將所得產(chǎn)物取出于離心管中，用去離子水和乙醇洗滌數(shù)次，采用離心分離的方法收集產(chǎn)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(chēng)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?jǐn)嚢?h，隨后加入1ml水合肼溶液，充分?jǐn)嚢韬笾糜陔x心管中，用去離子水和乙醇洗滌數(shù)次，采用離心分離的方法收集產(chǎn)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(cè)試

光催化降解的物質(zhì)為甲基橙，通過(guò)甲基橙濃度隨反應(yīng)時(shí)間的變化來(lái)研究?jī)煞N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(jiàn)分光度計(jì)上跟蹤分析甲基橙溶液濃度隨催化反應(yīng)時(shí)間的變化。

光催化性能測(cè)試以500W高壓長(zhǎng)弧氙燈為光源，氙燈放置于距離溶液20cm的正上方，同時(shí)整個(gè)裝置于暗箱之中。配制5ml/g的甲基橙溶液，稱(chēng)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?jǐn)嚢柚镣耆稚?，將循環(huán)水打開(kāi)通入雙層燒杯夾層中，混合溶液溫度保持恒定，打開(kāi)長(zhǎng)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(jì)對(duì)所取得樣品上清液的吸光度進(jìn)行檢測(cè)，在甲基橙最大吸收波長(zhǎng)（ max=464nm）處得到它們的吸光度數(shù)值。根據(jù)吸光度數(shù)值可以計(jì)算出甲基橙溶液的降解度隨著時(shí)間的變化，由此對(duì)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(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論

3.1 納米材料的結(jié)構(gòu)分析（參見(jiàn)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(yīng)時(shí)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(lèi)似于花瓣。這種結(jié)構(gòu)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(duì)比而言，二硫化鉬/銀納米顆粒的表面形貌大小出現(xiàn)了較大的差異，相對(duì)于原本大小均勻的球狀結(jié)構(gòu)，二硫化鉬/銀的納米顆粒出現(xiàn)了不同程度的變形，表面 看起來(lái)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(jié)構(gòu)，這是由于銀顆粒長(zhǎng)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(yīng)前甲基橙溶液的顏色呈橘黃色，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的光催化反應(yīng)，甲基橙溶液的顏色消失。由圖3可以看出，在沒(méi)有光照條件下，攪拌30min后，即反應(yīng)時(shí)間為零時(shí)，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(dāng)反應(yīng)時(shí)間進(jìn)行到60min時(shí)，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(shí)間，b的光催化甲基橙降解曲線(xiàn)斜率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于a的，說(shuō)明在這段時(shí)間內(nèi)，二硫化鉬/銀納米材料的降解甲基橙降解速率依然優(yōu)于單純花狀二硫化鉬球，以上即可充分說(shuō)明：二硫化鉬/銀納米材料催化性能優(yōu)于花狀二硫化鉬納米球。這是由于金屬銀可以更好地結(jié)合二硫化鉬的邊緣暴露的催化活性位點(diǎn)[7、8]，使復(fù)合材料在可見(jiàn)光由更多的響應(yīng)。在180min時(shí)，甲基橙的降解率達(dá)到了98%。

4 結(jié) 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(shí)使甲基橙的降解率達(dá)到98%，表明金屬銀的加入提高了復(fù)合材料的導(dǎo)電性，顯示了二硫化鉬/銀納米顆粒優(yōu)越的光催化性能。

5 成果展望

找到更簡(jiǎn)單有效合成高質(zhì)量的納米片層MoS2的方法，以及更多種的MoS2的復(fù)合功能材料，從而提高轉(zhuǎn)化效率，使其在治理水污染問(wèn)題時(shí)的應(yīng)用范圍更廣，去除更多難去除的污染物。