MoS2_氧化物纳米复合材料的制备及光催化性能研究

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1、分类号：O643密级：公开UDC：31编号：201421801008河北工业大学硕士学位论文MoS2/氧化物纳米复合材料的制备及光催化性能研究论文作者：宋晓琳学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：材料物理与化学指导教师：陈贵锋职称：副教授资助基金项目：国家自然科学基金，编号：61674051DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMaterialsPhysicsandChemistryPREPARA

2、TIONOFMoS2/OXIDENANOCOMPOSITESANDINVESTIGATIONONTHEIRPHOTOCATALYTICPERFORMANCEbySongXiaolinSupervisor:Asso.Prof.ChenGuifengMay2017ThisworkissupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina.No.61674051.摘要二硫化钼是一种层状结构的半导体材料，能量带隙窄，吸收波长范围大，可作光催化剂来降解污染物

3、。虽然MoS2为基的异质结构的研究引起了很大关注，但MoS2层内较弱的范德华力很难与其他材料形成较强的界面结合。本文中，表面改性的二氧化钛容易在MoS2/TiO2表面通过悬挂键形成稳定的化学键合，可以用于研究改性界面的电子能带结构。本论文主要采用水热法成功制备出钛酸纳米带，通过(1)不同改性方法，(2)不同浓度的NaOH改性液，(3)复合材料中MoS2不同复合量等实验条件的调整，研究并分析其化学成分、表面形貌及电子结构。最后研究界面改性对光催化降解罗丹明B和电催化析氢性能的影响。实验结果显示制备与改

4、性的TiO2纳米带是纯锐钛矿相，并且TiO2纳米带和MoS2/TiO2复合材料的表面形貌差距较大。不同改性方法，都能使MoS2与TiO2形成Ⅱ型能带结构。在高倍率透射电子显微镜协助下，我们发现MoS2的生长与TiO2的内部结构有周期性规律，研究表明：MoS2[11ത0]沿着TiO2[001]生长，MoS2[110]平行于TiO2[200]方向并且每六个单位长的MoS2与五个单位的TiO2相叠加形成超结构，通过XPS测试推测出异质结构中价带偏移值(VBO)，这种能带差异对光催化性能有重要作用，H2SO

5、4处理的表面，其复合材料的VBO(导带偏移值，CBO)差值最大，使得电子-空穴对能高效地分离，理论上其光催化性能最好。此外，我们进行光催化测试发现MoS2/TiO2-H(40%)复合材料的光催化性能优于其他样品，光照80min的罗丹明B的降解效率为84.7%，这与能带排列规律相符合。MoS2/TiO2-H优异的催化性能与复合材料较多的氧化界面有关，使形成的复合中心少，抑制了电子与空穴的复合。最后，我们对MoS2/TiO2异质结构进行了电催化析氢性能研究。测试发现所有样品中，MoS2/TiO2-H材料

6、的过电位较低为153mV，塔菲尔斜率达到66.9mV/dec，催化析氢性能最好。析氢性能的提高主要是因为界面存在丰富的活性位点，同时TiO2与MoS2之间的协同作用提高了电荷转移效率。我们的研究结果强调，表面改性处理对界面电子结构和MoS2/TiO2异质结构的催化性能都有很重要影响。关键字：MoS2/TiO2异质结构表面改性电子结构光催化析氢反应IABSTRACTMolybdenumdisulfide(MoS2)isasemiconductingmaterialwithlayeredstructur

7、e,narrowbandgap,whichcanabsorbthelightwithlongwidewavelengthandcanbeusedasphotocatalysttodegradatepollutants.AlthoughMoS2basedheterostructureshavedrawnincreasedattentions,thevanderWaalsforceswithinMoS2layersmakesitdifficulttoformstrongchemicalcoupledin

8、terfaceswithothermaterials.Inthiswork,thesurfaceofTiO2weremotifiedtofacilitateformationofsteadychemicallybondedonMoS2/TiO2interfaceviathedanglingbonds,whichcanthenbeusedtostudytheengineeringoftheirinterfacialelectronicbandstructure.Weha