花状二硫化钼/银纳米球的制备及光催化性能研究

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摘 要：水污染的治理工程越来越受到人们的重视，本项目通过水热法以二水钼酸钠为钼源，硫脲为硫源，加上表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮的辅助作用，制备出花状二硫化钼纳米球，以硝酸银为银源，制备出二硫化钼/银的纳米球；通过一系列的表征手段对其进行形貌表征和结构分析；最后在可见光下光催化降解甲基橙实验来比较两种产物的光催化性能，结果表明：二硫化钼/银纳米球的光催化效果要优于单纯的二硫化钼纳米球，在可见光照射180 min时其甲基橙的降解率就能够达到98%左右。

关键词：银；二硫化钼；纳米球；光催化

0 引言

水污染问题严重的威胁着人类生存，由此，各种废水处理的方法应运而生，传统的废水处理方法主要涉及氧化法、中和法、吸附沉淀法[1]。但传统的污水治理方法要比新型半导体光催化技术的能耗大，因为后者的催化动力来源于取之不尽，用之不竭的太阳光。

二硫化钼是过渡金属硫化物中的一种，被广泛应用在锂电池，光催化，催化析氢催化等一些高端热门领域[2、3]。因为具有较大的比表面积且它的表面存在着大量催化活性位点，这就是二硫化钼拥有较好的光催化性能关键所在，在可见光的照射下，二硫化钼通过吸收光子生成空穴-电子对[4-6]，产生的空穴和水分子进行反应生成活性极强的羟基自由基，羟基自由基可以把大分子的有机污染物降解为小分子的有机物和无机离子。但二硫化钼纳米球导电性较差，在一定程度上阻碍了它的应用。实验设想通过向二硫化钼中加入导电性优良的金属银，利用复合材料之间往往会产生的协同效应，进而提高硫化钼纳米材料的光催化性能。

1 实验部分

1.1 原料与试剂

二水钼酸钠，硫脲，水合肼，无水乙醇，聚乙烯比咯烷酮等试剂，均为分析纯；

硝酸银水溶液，甲基橙标准溶液。

1.2 仪器设备

FA2004B电子分析天平；XMTD-8222电热恒温鼓风干燥箱；KQ3200DB数控超声波清洗器；TGL-20M高速台式冷冻离心机；85-1磁力搅拌器；GXH500长弧氙灯；MiniFlex600X射线衍射仪；Hituchi S-800扫描电子显微镜；D2F-6050真空干燥箱；

1.3 实验过程

1.3.1 MoS2纳米球的制备

用分析天平称取0.1g PVP，放置于100ml的烧杯中，向烧杯中加入40ml去离子水，搅拌溶解，用分析天平称取0.2g二水钼酸钠，0.1g硫脲，将其分别倒入上述烧杯中，充分溶解后，倒入反应釜中，200℃下反36h，将所得产物取出于离心管中，用去离子水和乙醇洗涤数次，采用离心分离的方法收集产物，最后于60℃的真空干燥箱烘干。

1.3.2 MoS2/Ag纳米球的制备

用分析天平称取0.1g MoS2纳米颗粒于50ml烧杯中，向烧杯中加入10ml去离子水，搅拌使其均匀分散，再向其中加入1ml的0.1M硝酸银溶液后充分搅拌2h，随后加入1ml水合肼溶液，充分搅拌后置于离心管中，用去离子水和乙醇洗涤数次，采用离心分离的方法收集产物，最后于60℃的真空干燥箱烘干。

1.3.3 催化剂光催化性能的测试

光催化降解的物质为甲基橙，通过甲基橙浓度随反应时间的变化来研究两种催化剂的光催化性能，随后可以采用直接比色法在紫外-可见分光度计上跟踪分析甲基橙溶液浓度随催化反应时间的变化。

光催化性能测试以500W高压长弧氙灯为光源，氙灯放置于距离溶液20cm的正上方，同时整个装置于暗箱之中。配制5ml/g的甲基橙溶液，称取0.1g催化剂加入到盛有200ml甲基橙溶液的双层烧杯中，充分搅拌至完全分散，将循环水打开通入双层烧杯夹层中，混合溶液温度保持恒定，打开长弧氙灯照射甲基橙溶液，每隔30 min移取4ml的混合溶液。

将移取的样品溶液离心，用分光光度计对所取得样品上清液的吸光度进行检测，在甲基橙最大吸收波长（ max=464nm）处得到它们的吸光度数值。根据吸光度数值可以计算出甲基橙溶液的降解度随着时间的变化，由此对比两种催化剂的光催化效果。由Lambert-Beer定律，降解度为η=1―C/C0。

2 实验结果和讨论

3.1 纳米材料的结构分析（参见图1）

3.2纳米材料的形貌分析

图2可以清晰的观察到材料形貌，在36h的反应时间下单纯的二硫化钼纳米颗粒形貌为大小基本均匀的球状，粒径很小，表面为片层状，类似于花瓣。这种结构增大了二硫化钼纳米球比表面积，有利于催化剂吸附甲基橙分子。对比而言，二硫化钼/银纳米颗粒的表面形貌大小出现了较大的差异，相对于原本大小均匀的球状结构，二硫化钼/银的纳米颗粒出现了不同程度的变形，表面 看起来很粗糙，但是仍然可以看到存在许多大小不一的表面片层状结构，这是由于银颗粒长到了二硫化钼颗粒的表面上。

3.3 纳米材料光催化特性的分析

二硫化钼/银纳米材料光催化反应前甲基橙溶液的颜色呈橘黄色，经过一段时间的光催化反应，甲基橙溶液的颜色消失。由图3可以看出，在没有光照条件下，搅拌30min后，即反应时间为零时，两种催化剂中的甲基橙溶液都得到了部分降解，这可能是由于一定量的甲基橙分子吸附到了催化剂上。当反应时间进行到60min时，二硫化钼/银纳米材料的中的甲基橙混合溶液的降解量是花状二硫化钼球中的甲基橙混合溶液的二倍，在150min到180min这段儿时间，b的光催化甲基橙降解曲线斜率远远大于a的，说明在这段时间内，二硫化钼/银纳米材料的降解甲基橙降解速率依然优于单纯花状二硫化钼球，以上即可充分说明：二硫化钼/银纳米材料催化性能优于花状二硫化钼纳米球。这是由于金属银可以更好地结合二硫化钼的边缘暴露的催化活性位点[7、8]，使复合材料在可见光由更多的响应。在180min时，甲基橙的降解率达到了98%。

4 结 论

光催化条件下，水热法制备得到的二硫化钼/银纳米颗粒在180min时使甲基橙的降解率达到98%，表明金属银的加入提高了复合材料的导电性，显示了二硫化钼/银纳米颗粒优越的光催化性能。

5 成果展望

找到更简单有效合成高质量的纳米片层MoS2的方法，以及更多种的MoS2的复合功能材料，从而提高转化效率，使其在治理水污染问题时的应用范围更广，去除更多难去除的污染物。