硫化钼的合成及光催化还原二氧化碳的研究开题报告

1. 研究目的与意义

在1992年， 以色列科学家r. tenne小组发现mos₂形成的的富勒烯结构和纳米管后，揭开了无机富勒烯(if)研究工作的序幕，开创了非碳无机类富勒烯纳米化合物的新领域。

近年来随着石墨烯等二维层状纳米材料研究热潮的兴起，一类新型的二维层状化合物 类石墨烯二硫化钼引起了物理、 化学、 材料、 电子等众多领域研究人员的广泛关注. 类石墨烯二硫化钼是由六方晶系的单层或多层二硫化钼组成的具有三明治夹心 层状结构的二维晶体材料: 单层二硫化钼由三层原子层构成， 中间一层为钼原子层， 上下两层均为硫原子层， 钼原子层被两层硫原子层所夹形成类 三明治 结构， 钼原子与硫原子以共价键结合形成二维原子晶体; 多层二硫化钼由若干单层二硫化钼组成， 一般不超过五层， 层间存在弱的范德华力， 层间距约为0.65 nm.与具有二维层状结构的石墨烯不同， 类石墨烯二硫化钼具有特殊的能带结构， 它的布里渊区的能带是一个平面， 该面上每一点与布里渊区中心的连线都构成一个k矢量(即波数矢量)， 而每一个k矢量都有一个能级e(k)与之对应， 故将该布里渊区平面沿着高对称点展开即得能带展开图.相比于石墨烯的零能带隙， 类石墨烯二硫化钼存在1.29 - 1.90ev的能带隙， 而二硫化钼晶体的能带隙为e g =1.29ev， 电子跃迁方式为非竖直跃迁; 但当小于100 nm时， 由于量子限域效应， 能隙不断扩大， 单层二硫化钼的能带隙达到1.90ev， 同时电子的跃迁方式变为竖直跃迁.

mos₂具有像石墨一样的六方晶系层状结构，层和层间靠硫原子间微弱的范德华力结合，而层内则是强的共价键结合。正是由于其层状结构的特殊性，mos₂被广泛用于苛刻条件下的固体润滑剂、可充电锂电池、原油氢化脱硫的催化剂、储氢材料、stm 针尖等，尤其在航空航天事业中有较大的应用潜力。基于此，mos₂ 纳米材料的制备及其性能的研究一直为研究的热点。与普通mos₂ 相比，纳米mos₂ 在许多性能上得到了进一步提升，突出表现在：比表面积大，吸附能力增强，反应活性提高，催化性能尤其是催化氢化脱硫的性能更强，可用来制备特殊催化材料与贮气材料；纳米mos₂ 薄层的能带间隔与可见光能量匹配，在光电池材料上存在美好应用前景； 研究表明随着mos₂ 的粒径变小，特别是作为固体润滑剂，纳米mos₂ 与摩擦材料表面的附着性和覆盖程度以及抗磨、减摩性能都大大提高。尤其是李亚栋等采用化学气相沉积法(cvd)得到了较少见的纳米花状mos₂，其特殊的形貌结构，有望在催化、储氢和催化剂载体等领域具有优异的表现。国内外现在出现了多种制备纳米mos₂ 材料的方法，主要有液相还原法、电化学法、气相沉积法、前驱体热分解法等。利用以上各种方法已经合成出来各种形貌的mos₂，比如纳米微粒、纳米线、纳米管，纳米棒，纳米花，纳米多面体，纳米复合物以及无机富勒烯结构] 等等。

2. 研究内容和预期目标

二硫化钼是一种金属材料 , 是一种性能良好的固体润滑剂,其分子结构具有六方晶体的层状结构, 其层内通过很强的化学键结合,，可应用于氨氮降解的光催化还原，实现二氧化碳的循环利用。本研究主要是二硫化钼制备对可见光有响应的新型光催化剂，实现对氨氮降解的影响。具体研究内容如下：

1）阅读文献，查阅二硫化钼以及氮杂石墨烯的合成方法。

2）参照文献的方法制备二硫化钼材料以及氮杂石墨烯材料。

3. 研究的方法与步骤

（1）以硫脲和钼酸钠为原料经反应釜反应得到二硫化钼，烘箱烘干。

（2）用氧化石墨烯加入尿素以及水合肼制备出氮杂石墨烯。

（3）在二硫化钼中掺杂氮杂石墨烯得到的材料，用红外光谱，紫外可见光谱进行了表征。研究ph值、催化剂的浓度，氮杂石墨烯在二硫化钼中的掺杂比例对于氨氮降解的影响，用分光光度计研究在388nm和420nm中的波长来测定材料的降解率。从而得到最佳的降解率对应的ph值，催化剂的浓度以及氮杂石墨烯的掺杂比例。

4. 参考文献

[1]m. a. albiter, r. huirache-acua, f. paraguay-delgado, et al.synthesis of mos 2 nanorods and their catalytic test in the hdsof dibenzothiophene. nanotechnology, 2006, 17(14): 3473-3481.

[2]m. chhowalla, g. a. j. amaratunge. thin films of fullerene like mos₂nanoparticles with ultra-low friction and wear. nature,2000, 407: 164-167.

[3]a. s. golub, y. v. zubavichua and y. l. slovokhotov. layer compounds assembled from molybdenum disulfide single-layer and alkylammonium cations. solid stateionices, 2000, 128(1):151-160.

5. 计划与进度安排