本发明涉及无机纳米材料技术领域,具体涉及一种TiO2/MoS2超薄纳米片阵列复合材料的制备方法。
背景技术:
由于现代社会经济的发展离不开能源物质的使用,化石燃料作为人类日常依赖的能源类资源,由于其不可再生性,而迫使我们寻求别的途径来满足人类对能源的需求,因此开发一种可循环的绿色能源成为一项研究热点。其中,电催化还原技术能将CO2转化为碳氢化合物等燃料,为利用能源提供了一种新的方法,其产物如醇类物质具有便于储存、易于运输、高燃烧值等优点,因此成为科研人员研究的热点。基于电催化还原CO2的反应因其高效能受到了越来越多的研究。寻找一种廉价高活性CO2还原催化剂就成为了众多学者们的研究方向,而MoS2作为非金属代表的电催化剂受到了人们的关注,但关于其应用于CO2的还原报道还相对较少。
技术实现要素:
针对现有技术的不足,本发明旨在提供一种TiO2/MoS2超薄纳米片阵列复合材料的制备方法。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
TiO2/MoS2超薄纳米片阵列复合材料的制备方法,包括以下步骤:
S1、将钼网依次在丙酮溶液、乙醇溶液、盐酸溶液和高纯水中进行超声,取出钼网,并在真空干燥箱中烘干;
S2、取四硫代钼酸铵、N,N-二甲基甲酰胺、一水合肼加入到反应釜中,搅拌;
S3、往反应釜中放入经过步骤S1处理的钼网,拧紧反应釜,放入烘箱,在200℃下水热反应15h;
S4、待冷却至室温,将步骤S3反应后的钼网取出,依次用蒸馏水、无水乙醇超声洗涤,然后在65℃干燥箱中烘干,再将所得的钼网进行原子层沉积TiO2,得到TiO2/MoS2超薄纳米片阵列复合材料。
进一步地,步骤S1中,钼网大小为1*4cm。
进一步地,步骤S2中,四硫代钼酸铵的用量为10mg,N,N-二甲基甲酰胺的用量为30mL,一水合肼的用量为50uL。
进一步地,步骤S1中,超声时间为1h。
上述制备方法制备得到的TiO2/MoS2超薄纳米片阵列复合材料可应用在电催化还原CO2中。
本发明的有益效果在于:
1、本发明制备方法原料来源丰富、合成路线绿色、方法重复性好;
2、本发明方法制备的材料可用于电催化还原CO2,催化活性高,产物具有较高应用价值。
3、本发明方法制备的材料应用于电催化还原CO2领域,操作简单,具有很好的实用价值和发展前景。
附图说明
图1为本发明实施例1所获得TiO2/MoS2超薄纳米片阵列复合材料的实物图像;
图2为本发明实施例1所获得TiO2/MoS2超薄纳米片阵列复合材料的扫描电镜图像;
图3为本发明实施例1所获得TiO2/MoS2超薄纳米片阵列复合材料的透射图像;
图4为本发明实施例1所获得TiO2/MoS2超薄纳米片阵列复合材料的XPS图像;
图5为本发明实施例1所获得TiO2/MoS2超薄纳米片阵列复合材料的X射线衍射花样图像;
图6为本发明实施例1所获得TiO2/MoS2超薄纳米片阵列复合材料的电催化I-T图;
图7为本发明实施例1所获得TiO2/MoS2超薄纳米片阵列复合材料的Raman图;
图8为本发明实施例1所获得TiO2/MoS2超薄纳米片阵列复合材料的电催化还原CO2液相产物的核磁表征图;
图9为本发明实施例2中TiO2/MoS2超薄纳米片阵列复合材料和MoS2的电催化LSV曲线。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明作进一步的描述,需要说明的是,本实施例以本技术方案为前提,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护范围并不限于本实施例。
实施例1
一种TiO2/MoS2超薄纳米片阵列复合材料的制备方法,包括以下步骤:
S1、将1*4cm的钼网依次在丙酮溶液、乙醇溶液、盐酸溶液和高纯水中各超声1h,取出钼网,并在真空干燥箱中烘干;
S2、称取四硫代钼酸铵10mg,加入到反应釜中,用量筒量取N,N-二甲基甲酰胺30mL,倒入反应釜中,用移液枪移取一水合肼50uL,加入到反应釜中,搅拌15min;
S3、用镊子往反应釜中放入经过步骤S1处理的钼网,拧紧反应釜,放入烘箱,在200℃下水热反应15h;
S4、待冷却至室温,用干净的镊子将步骤S3反应后的钼网取出,依次用蒸馏水、无水乙醇超声洗涤,然后在65℃干燥箱中烘干,再将所得的钼网进行原子层沉积TiO2,得到TiO2/MoS2超薄纳米片阵列复合材料。
上述制备方法制备得到的TiO2/MoS2超薄纳米片阵列复合材料可以应用于电催化还原CO2中,具体地,可以在电催化还原CO2中作为阴极。
如图1所示为实施例1方法所获得TiO2/MoS2超薄纳米片阵列复合材料的实物图像。由图1可以看到,通过实验得到了上面负载有催化剂的1×4cm的电极材料。
如图2所示,实施例1方法所制得的TiO2/MoS2超薄纳米片阵列复合材料中,MoS2超薄纳米片垂直、致密地生长在钼网上。
如图3所示为实施例1方法所获得的TiO2/MoS2超薄纳米片阵列复合材料的透射图像。由图3可知,所合成的材料为超薄纳米片。
如图4所示为实施例1方法所获得的TiO2/MoS2超薄纳米片阵列复合材料的XPS图像。XPS图像显示有Mo的3d特征峰,也有Ti的2p特征峰。
如图5所示为实施例1方法所获得TiO2/MoS2超薄纳米片阵列复合材料的X射线衍射花样图像。从该图中看出有MoS2的特征峰。
如图6所示为实施例1方法所获得TiO2/MoS2超薄纳米片阵列复合材料的电催化I-T图,测试电位分别为-0.3V vs.RHE、-0.4V vs.RHE、-0.5V vs.RHE、-0.6V vs.RHE、-0.7V vs.RHE。从图中可以看出,在-0.7V vs.RHE电位下,材料的电流密度较理想,且稳定性更好。
如图7所示为实施例1方法所获得TiO2/MoS2超薄纳米片阵列复合材料的Raman图。该图显示出了MoS2特征拉曼峰,这说明电极上成功负载了目标材料。
如图8所示为实施例1方法所获得TiO2/MoS2超薄纳米片阵列复合材料的电催化还原CO2液相产物的核磁表征图,以DMSO为内标物,在1.02位置的峰为乙醇的特征峰。
实施例2
本实施例旨在对TiO2/MoS2超薄纳米片阵列复合材料和MoS2的电催化活性差异进行实验对比,以此进一步了解实施例1方法所制备得到的TiO2/MoS2超薄纳米片阵列复合材料的性能。
TiO2/MoS2超薄纳米片阵列复合材料和MoS2的电催化LSV曲线如图9所示。
取TiO2/MoS2超薄纳米片阵列复合材料和MoS2各一片,适当裁剪后作为工作电极,参比电极为Ag/AgCl电极,对电极为铂片电极,采用线性循环伏安法扫描电极,扫描范围-0.61V—-1.81V,扫描速度50mV/s。通过上述实验方法,得到在0.5M KHCO3电解液中的LSV曲线如图9所示。图中表明负载TiO2后的TiO2/MoS2超薄纳米片阵列复合材料的析氢活性得到抑制。
对于本领域的技术人员来说,可以根据以上的技术方案和构思,给出各种相应的改变和变形,而所有的这些改变和变形,都应该包括在本发明权利要求的保护范围之内。
技术特征:
1.TiO2/MoS2超薄纳米片阵列复合材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、将钼网依次在丙酮溶液、乙醇溶液、盐酸溶液和高纯水中进行超声,取出钼网,并在真空干燥箱中烘干;
S2、取四硫代钼酸铵、N,N-二甲基甲酰胺、一水合肼加入到反应釜中,搅拌;
S3、往反应釜中放入经过步骤S1处理的钼网,拧紧反应釜,放入烘箱,在200℃下水热反应15h;
S4、待冷却至室温,将步骤S3反应后的钼网取出,依次用蒸馏水、无水乙醇超声洗涤,然后在65℃干燥箱中烘干,再将所得的钼网进行原子层沉积TiO2,得到TiO2/MoS2超薄纳米片阵列复合材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤S1中,钼网大小为1*4cm。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤S2中,四硫代钼酸铵的用量为10mg,N,N-二甲基甲酰胺的用量为30mL,一水合肼的用量为50uL。
4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤S1中,超声时间为1h。
5.上述任一权利要求所述的制备方法制备得到的TiO2/MoS2超薄纳米片阵列复合材料在电催化还原CO2中的应用。
技术总结
本发明公开了一种TiO2/MoS2超薄纳米片阵列复合材料的制备方法,包括:S1、将钼网依次在丙酮溶液、乙醇溶液、盐酸溶液和高纯水中进行超声,取出钼网,并在真空干燥箱中烘干;S2、取四硫代钼酸铵、N,N‑二甲基甲酰胺、一水合肼加入到反应釜中,搅拌;S3、往反应釜中放入钼网,拧紧反应釜,放入烘箱,在200℃下水热反应15h;S4、待冷却至室温,将钼网取出,依次用蒸馏水、无水乙醇超声洗涤,然后在65℃干燥箱中烘干,并将所得的钼网进行原子层沉积TiO2,得到TiO2/MoS2超薄纳米片阵列复合材料。本发明制备方法原料来源丰富、合成路线绿色、方法重复性好;可用于电催化还原CO2,催化活性高,产物具有较高应用价值,操作简单,具有很好的实用价值和发展前景。
技术研发人员:马德琨;齐菲宣羽;蔡芳芳;黄少铭
受保护的技术使用者:温州大学
技术研发日:.06.20
技术公布日:.08.09
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