新型二硫化钼基纳米复合材料的制备及其在环境领域中的应用研究

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随着现代工业化和人口的快速发展,人们对环境污染问题的关注度越来越高,绿色能源的开发和利用能够有效地治理环境污染危机。近年来,新型二维过渡金属硫化物—二硫化钼(MoS2),因其独特的光学和电学性能得到了人们的广泛关注。MoS2是类似于石墨烯的层状化合物,呈现出一种S-Mo-S的三明治结构,层与层之间通过微弱的范德华力相连。此外,MoS2拥有可调节的带隙结构,同时随着层数的减少,其能带间隙也会增加。MoS2通常还具有两种相态,即为金属性质的1T相和半导体性质的2H相。鉴于这些独特的性质,MoS2可被用于光催化领域以解决当前环境中部分污染问题。本文采用溶剂工程的理念,探索出了一种简单、可控的方法,制备了一系列新型的MoS2基纳米复合材料。在溶剂1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)和表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)的协同影响下,我们制备出了具有花状异质结构的GO/g-C3N4/MoS2复合材料,并且将其应用到光催化净化染料废水当中。材料被扫描电镜(SEM),透射电镜(TEM),X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱分析(XPS)等手段探究了其形貌和晶体结构,石墨烯(GO),石墨相氮化碳(g-C3N4)和MoS2紧密的贴合在一起,生成了花状的异质纳米结。在可见光照射下,GO/g-C3N4/MoS2复合材料对有机染料废水亚甲基蓝(MB,20mg L-1)、罗丹明B(RhB,20 mg L-1)和结晶紫(CV,20 mg L-1)有着极其优异的光催化降解性能。同时,GO/g-C3N4/MoS2纳米复合材料对重金属Cr(VI)(10mg L-1)也有着良好的光催化消除性能。其间,复合材料也展现出了优异的重复性和稳定性,设计的花状GO/g-C3N4/MoS2异质结具有应用到实际染料废水水体修复的可能性。由于2H相态的MoS2还是存在导电性能较差、比表面积小和光催化活性位点相对较少等缺点。因此,我们采用典型的沸石咪唑类骨架材料(ZIF-8)与混合相态的MoS2(1T/2H-MoS2/ZIF-8)复合以增强光催化降解性能。在溶剂热过程中,1T/2H-MoS2/ZIF-8复合材料被成功制备。在SEM,TEM和XRD等表征下,复合材料呈现出超薄管状结构,ZIF-8牢固地附着在1T/2H-MoS2上。复合材料对盐酸四环素(TC,20 mg L-1)和环丙沙星(CIP,20 mg L-1)有着优越的光催化降解性能。复合材料的光催化性能显着提高的决定性因素可能是独特的超薄管状结构,致密均匀的界面接触以及更多的吸附和催化反应位点。另外,1T-MoS2提高了复合材料的导电性能,而2H-MoS2提供了更多的活性边缘。基于这些优点,1T/2H-MoS2/ZIF-8才能更好地光催化降解抗生素药物。
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