一种一维有序二氧化钛纳米棒阵列复合材料的制备方法

摘要

本发明涉及一种一维有序二氧化钛纳米棒阵列复合材料的制备方法。包括如下步骤：按比例称取一定量的钼酸铵，配制一定浓度的钼酸铵水溶液；取一定量上述所配制的钼酸铵水溶液置于烧杯中，将二氧化钛纳米棒阵列样品置于所配制的钼酸铵水溶液中超声处理，取出，采用去离子水浸泡清洗，随后置于烘箱中干燥；将上述所制备样品置于管式气氛炉中，以硫粉作为硫源，采用化学气象沉积法进行硫化处理，即得到少层二硫化钼包覆一维有序二氧化钛纳米棒阵列复合材料。本发明采用新的制备工艺，制备过程简单，成本低廉，热处理温度较低，易于放大实现规模化生产，且纳米结构材料的形貌规则可控，具有广阔的实际应用价值与工业生产前景。

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用钼酸铵和硫粉为原料，采用溶液浸泡和化学气象沉积法相结合，制 备少层二硫化钼包覆一维有序二氧化钛纳米棒阵列复合材料的方法，属于纳米材料制备技术 领域。

背景技术

二硫化钼具有独特的二维层状纳米结构，在光电转换器件、锂离子电池、超级电容器及 固体润滑剂等领域拥有潜在的应用价值。多层二硫化钼为间接带隙半导体材料，当其层数减 少至单层时即转变为直接带隙半导体材料，因其具有可调的能带隙在光电转换、催化产氢、 太阳能电池等方面具有广阔的应用前景。此外，二氧化钛材料具有卓越的光催化特性、良好 的耐候性以及良好的生物相容性，且其价格便宜，在光电催化等领域具有重要的应用。

然而，在实际应用中，单一组分纳米材料很难同时满足高效率、高稳定性的需求。复合 纳米结构往往同时具有各单组分纳米材料的特性，不但性能上能够形成互补作用，而且还衍 生出新的协同功能。因此，二硫化钼和二氧化钛复合纳米材料在光电化学领域得到了广泛的 应用。

目前，制备二硫化钼纳米材料的方法较多，如采用将硫源和钼源以及二氧化钛纳米材料 混合后，再进行高温热处理；或者采用水热法得到二硫化钼等，该类方法具有简单易行、设 备投入少等优点。然而，该方法的不足之处在于，热处理的温度往往较高(一般需800℃左 右)，能量损耗较高，而且所制备二硫化钼层数不易控制。为此，本发明特提出一种实验条件 较为温和，二硫化钼层数可控，少层二硫化钼包覆一维有序二氧化钛纳米棒阵列复合材料的 制备方法。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种较低温度条件下，利用钼酸铵和硫粉为原料，采 用化学气象沉积法制备少层二硫化钼包覆一维有序二氧化钛纳米棒阵列复合材料的方法，该 方法选用二氧化钛纳米棒阵列材料、钼酸铵、硫粉为基本材料，去离子水为溶剂，采用化学 气象沉积法在二氧化钛纳米棒阵列表面包覆少层二硫化钼，制备具有光电催化活性的少层二 硫化钼包覆一维有序二氧化钛纳米棒阵列复合材料。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

本发明制备少层二硫化钼包覆一维有序二氧化钛纳米棒阵列复合材料的方法，包括以下步 骤：

a、在常温条件下，将钼酸铵置于去离子水中，充分搅拌均匀，配制得到钼酸铵水溶液；

b、将二氧化钛纳米棒阵列样品置于步骤a中所配制的钼酸铵水溶液中超声处理10-20 min，取出样品，随后采用去离子水浸泡清洗1-3次，并置于烘箱中干燥5-10min，得到钼酸 铵包覆的一维有序二氧化钛纳米棒阵列；

c、将步骤b中制得的钼酸铵包覆的一维有序二氧化钛纳米棒阵列置于190℃烘箱中反 应30-40min，得到氧化钼包覆的一维有序二氧化钛纳米棒阵列；

d、将步骤c中所制得的氧化钼包覆的一维有序二氧化钛纳米棒阵列置于管式气氛炉中， 以硫粉作为硫源，采用化学气象沉积法进行硫化处理30min，即得到少层二硫化钼包覆一维 有序二氧化钛纳米棒阵列复合材料。

所述的钼酸铵水溶液的浓度为0.01-0.10g/mL。

所述的烘箱干燥温度为60℃。

所述的以硫粉作为硫源，采用化学气象沉积法进行硫化处理，其中硫粉处热处理温度为 195-200℃。

所述的以硫粉作为硫源，采用化学气象沉积法进行硫化处理，氧化钼包覆的一维有序二 氧化钛纳米棒阵列处的热处理温度为500-550℃。

所述的管式气氛炉，从室温到设定热处理温度的升温速率为5-10℃/min。

有益效果：本发明的提供的一种较低温度条件下，制备少层二硫化钼包覆一维有序二氧 化钛纳米棒阵列复合材料的方法，研究了，首先将钼酸铵溶解在去离子水中，得到钼酸铵水 溶液，然后，将二氧化钛纳米棒阵列样品置于钼酸铵水溶液中超声处理，并继续在钼酸铵溶 液中浸泡，之后取出样品后采用去离子水浸泡清洗，并置于烘箱中干燥，随后将上述样品置 于管式气氛炉中，以硫粉作为硫源，采用化学气象沉积法进行硫化处理，得到少层二硫化钼 包覆一维有序二氧化钛纳米棒阵列复合材料的新工艺。实验结果表明，采用这种新工艺，制 备过程简单，实验条件温和，易于实现产业化。

具体实施方式

下面对本发明作更进一步的说明。

实施例1

少层二硫化钼包覆一维有序二氧化钛纳米棒阵列复合材料的制备：称取0.2g钼酸铵，置 于容器中，然后向其中注入20mL去离子水，磁力搅拌30min，配制得到浓度为0.01g/mL 的钼酸铵溶液。将二氧化钛纳米棒阵列样品置于所配制的钼酸铵溶液中，超声处理20min， 并继续在钼酸铵溶液中浸泡1h，取出样品，随后采用去离子水浸泡清洗3次，并置于60℃ 烘箱中干燥5min，得到钼酸铵包覆的一维有序二氧化钛纳米棒阵列。将上述所制得的制得的 钼酸铵包覆的一维有序二氧化钛纳米棒阵列置于190℃烘箱中反应30-40min，得到氧化钼包 覆的一维有序二氧化钛纳米棒阵列。将上述所制得的氧化钼包覆的一维有序二氧化钛纳米棒 阵列置于管式气氛炉中，以硫粉作为硫源，采用化学气象沉积法进行硫化处理30min，即得 到少层二硫化钼包覆一维有序二氧化钛纳米棒阵列复合材料，其中硫粉处热处理温度为 200℃，氧化钼包覆的一维有序二氧化钛纳米棒阵列处的热处理温度为500℃，管式气氛炉 从室温到设定热处理温度的升温速率为5℃/min。

其中，所述二氧化钛纳米棒阵列竖直生长在FTO导电玻璃上；所述二氧化钛纳米棒的长 度为600-800nm，直径为70-90nm；所述有序二氧化钛纳米棒阵列的晶型为锐钛矿型；所述 少层二硫化钼为1-2层；所述少层二硫化钼包覆于二氧化钛纳米棒的外表面。

实施例2

少层二硫化钼包覆一维有序二氧化钛纳米棒阵列复合材料的制备：称取0.5g钼酸铵，置 于容器中，然后向其中注入20mL去离子水，磁力搅拌30min，配制得到浓度为0.025g/mL 的钼酸铵溶液。将二氧化钛纳米棒阵列样品置于所配制的钼酸铵溶液中，超声处理10min， 并继续在钼酸铵溶液中浸泡1h，取出样品，随后采用去离子水浸泡清洗2次，并置于60℃ 烘箱中干燥10min，得到钼酸铵包覆的一维有序二氧化钛纳米棒阵列。将上述所制得的制得 的钼酸铵包覆的一维有序二氧化钛纳米棒阵列置于190℃烘箱中反应30-40min，得到氧化钼 包覆的一维有序二氧化钛纳米棒阵列。将上述所制得的氧化钼包覆的一维有序二氧化钛纳米 棒阵列置于管式气氛炉中，以硫粉作为硫源，采用化学气象沉积法进行硫化处理30min，即 得到少层二硫化钼包覆一维有序二氧化钛纳米棒阵列复合材料，其中硫粉处热处理温度为 195℃，氧化钼包覆的一维有序二氧化钛纳米棒阵列处的热处理温度为550℃，管式气氛炉 从室温到设定热处理温度的升温速率为10℃/min。

其中，所述二氧化钛纳米棒阵列竖直生长在FTO导电玻璃上；所述二氧化钛纳米棒的长 度为600-800nm，直径为70-90nm；所述有序二氧化钛纳米棒阵列的晶型为锐钛矿型；所述 少层二硫化钼为2-3层；所述少层二硫化钼包覆于二氧化钛纳米棒的外表面。

实施例3

少层二硫化钼包覆一维有序二氧化钛纳米棒阵列复合材料的制备：称取1.0g钼酸铵，置 于容器中，然后向其中注入20mL去离子水，磁力搅拌30min，配制得到浓度为0.05g/mL 的钼酸铵溶液。将二氧化钛纳米棒阵列样品置于所配制的钼酸铵溶液中，超声处理10min， 并继续在钼酸铵溶液中浸泡1h，取出样品，随后采用去离子水浸泡清洗1次，并置于60℃ 烘箱中干燥10min，得到钼酸铵包覆的一维有序二氧化钛纳米棒阵列。将上述所制得的制得 的钼酸铵包覆的一维有序二氧化钛纳米棒阵列置于190℃烘箱中反应30-40min，得到氧化钼 包覆的一维有序二氧化钛纳米棒阵列。将上述所制得的氧化钼包覆的一维有序二氧化钛纳米 棒阵列置于管式气氛炉中，以硫粉作为硫源，采用化学气象沉积法进行硫化处理30min，即 得到少层二硫化钼包覆一维有序二氧化钛纳米棒阵列复合材料，其中硫粉处热处理温度为 195℃，氧化钼包覆的一维有序二氧化钛纳米棒阵列处的热处理温度为525℃，管式气氛炉 从室温到设定热处理温度的升温速率为10℃/min。

其中，所述二氧化钛纳米棒阵列竖直生长在FTO导电玻璃上；所述二氧化钛纳米棒的长 度为600-800nm，直径为70-90nm；所述有序二氧化钛纳米棒阵列的晶型为锐钛矿型；所述 少层二硫化钼为3-5层；所述少层二硫化钼包覆于二氧化钛纳米棒的外表面。

实施例4

少层二硫化钼包覆一维有序二氧化钛纳米棒阵列复合材料的制备：称取2.0g钼酸铵，置 于容器中，然后向其中注入20mL去离子水，磁力搅拌30min，配制得到浓度为0.10g/mL 的钼酸铵溶液。将二氧化钛纳米棒阵列样品置于所配制的钼酸铵溶液中，超声处理10min， 并继续在钼酸铵溶液中浸泡1h，取出样品，随后采用去离子水浸泡清洗1次，并置于60℃ 烘箱中干燥10min，得到钼酸铵包覆的一维有序二氧化钛纳米棒阵列。将上述所制得的制得 的钼酸铵包覆的一维有序二氧化钛纳米棒阵列置于190℃烘箱中反应30-40min，得到氧化钼 包覆的一维有序二氧化钛纳米棒阵列。将上述所制得的氧化钼包覆的一维有序二氧化钛纳米 棒阵列置于管式气氛炉中，以硫粉作为硫源，采用化学气象沉积法进行硫化处理30min，即 得到少层二硫化钼包覆一维有序二氧化钛纳米棒阵列复合材料，其中硫粉处热处理温度为 195℃，氧化钼包覆的一维有序二氧化钛纳米棒阵列处的热处理温度为550℃，管式气氛炉 从室温到设定热处理温度的升温速率为10℃/min。

其中，所述二氧化钛纳米棒阵列竖直生长在FTO导电玻璃上；所述二氧化钛纳米棒的长 度为600-800nm，直径为70-90nm；所述有序二氧化钛纳米棒阵列的晶型为锐钛矿型；所述 少层二硫化钼为4-8层；所述少层二硫化钼包覆于二氧化钛纳米棒的外表面。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说， 在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发 明的保护范围。