一种压电催化剂及其制备方法和应用与流程

本发明属于催化剂，具体涉及一种压电催化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、近年来，压电材料通过将环境中的机械能(如风、水流、振动和噪声)收集并与不同的催化反应过程结合，为清洁能源生产提供了新的思路。其中，压电二维材料近年来引起了越来越多的关注，具有非中心对称结构的二维(2d)层状材料在纳米机电系统和电子器件方面显示出巨大的潜力。二维过渡金属二卤族化合物(2d-tmds)由于其具有良好的柔性、高压电系数、大比表面积和丰富的活性位点等特点而受到广泛关注。2h mos2由于压电系数较高(3.06×10-10c/m)、储量丰富且可通过层数调节实现带隙调控而最早应用于压电催化。虽然单层或少层二硫化钼可观的压电催化降解效果已被证实，然而mos2材料本身也存在一些缺陷影响其催化反应效率，催化效果取决于mos2纳米片上活性位点的数量，片层结构的边缘存在活性位，而基面内没有悬垂键活性位点，催化活性较低；另外，由于高表面能和范德华力的存在，mos2层间会发生堆叠现象，层数增加阻碍形变，导致传输性能差；并且奇偶层mos2共存，限制了mos2压电催化剂的催化性能。因此，对mos2进行改造和结构设计，使mos2具有非层控压电性能和增加边缘活性位数量，从而进一步提升mos2压电催化活性，成为其作为催化剂应用的重要研究课题。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种压电催化剂及其制备方法和应用。本发明制得的压电催化剂具有良好的压电催化性能，能够实现较高的染料降解效率。

2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种压电催化剂的制备方法，包括以下步骤：

3、称取二水合乙酸锌、二水合钼酸钠，加入柠檬酸、水，搅拌，加入硫代乙酰胺，继续搅拌，将混合溶液转移至反应釜中，反应，降温，清洗，干燥，制得所述压电催化剂。

4、优选地，所述二水合乙酸锌和二水合钼酸钠的摩尔比1：(4～5)。

5、优选地，所述柠檬酸的加入量为二水合乙酸锌质量的3～5倍。

6、优选地，所述硫代乙酰胺与二水合钼酸钠中mo：s的摩尔比为1：(2～2.5)。

7、优选地，所述水与柠檬酸的质量比为(25～30)：1。

8、优选地，所述反应的温度为170-220℃，反应的时间为12～48h。

9、更优选地，所述反应的温度为180-200℃，反应的时间为12-24h。

10、优选地，所述继续搅拌的时间为10～30min。

11、优选地，所述降温为将温度降低至25～30℃。

12、优选地，所述清洗为选用水和乙醇进行清洗。

13、本发明通过在制备过程中加入特定含量的柠檬酸组分，可以辅助zns的生长，抑制其各向异性，调控样品形貌。柠檬酸(citric acid,ca)分子具有三个羧基，可以很容易地捕获在mos2纳米片的表面，并与-oh官能团形成向外取向的螯合键。ca分子提供的这些基团使纳米片表面带负电，并引导乙酸锌提供的zn2+离子附着在-oh上，形成最初覆盖在mos2纳米片表面的薄zn(oh)2层。然后通过取代反应，在mos2表面形成了均匀的zns层。

14、在本发明压电催化剂的制备方法中通过将反应的温度控制在较低的条件下进行，使氧原子掺入二硫化钼晶体，氧的掺入可以有效增强催化剂的导电性，改善压电性能。在较低的温度下，反应过程不充分，从钼酸盐前体中继承的mo-o键仍然存在，因此可以实现复合材料结构中掺入氧，氧置换后可以保持材料的电荷平衡，使其更加稳定，同时氧掺入可以调节二硫化钼的电子结构，最终提高压电催化剂的导电性。

15、本发明压电催化剂的制备方法构筑了mos2和zns纳米异质结，复合后两种材料的能带结构不同，在降解过程中自由电子从zns的导带流向mos2的导带，空穴载流子从zns的价带流向mos2的价带，促进了载流子的分离，显著提高了降解效率。

16、本发明氧掺杂技术和构建异质结两种手段都可以有效降低材料的交流阻抗，进而促进载流子的输运过程。

17、本发明还请求一种所述压电催化剂的制备方法制备得到的压电催化剂。

18、本发明还请求一种所述压电催化剂在降解染料中的应用。

19、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

20、本发明利用一次水热的方法，直接合成氧掺杂压电催化剂，制得的压电催化剂具有良好的压电催化性能，同时能够实现较高的染料降解效率。

技术特征：

1.一种压电催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述压电催化剂的制备方法，其特征在于，所述二水合乙酸锌和二水合钼酸钠的摩尔比1：(4～5)。

3.如权利要求1所述压电催化剂的制备方法，其特征在于，所述柠檬酸的加入量为二水合乙酸锌质量的3～5倍。

4.如权利要求1所述压电催化剂的制备方法，其特征在于，所述硫代乙酰胺与二水合钼酸钠中mo：s的摩尔比为1：(2～2.5)。

5.如权利要求1所述压电催化剂的制备方法，其特征在于，所述水与柠檬酸的质量比为(25～30)：1。

6.如权利要求1所述压电催化剂的制备方法，其特征在于，所述反应的温度为170-220℃，反应的时间为12～48h。

7.如权利要求6所述压电催化剂的制备方法，其特征在于，所述反应的温度为180-200℃，反应的时间为12～24h。

8.如权利要求1所述压电催化剂的制备方法，其特征在于，至少包括以下(1)～(3)中的一项：

9.一种如权利要求1～8任一所述压电催化剂的制备方法制备得到的压电催化剂。

10.一种如权利要求9所述压电催化剂在降解染料中的应用。

技术总结
本发明属于催化剂技术领域，具体涉及一种压电催化剂及其制备方法和应用。所述一种压电催化剂的制备方法，包括以下步骤：称取二水合乙酸锌、二水合钼酸钠，加入柠檬酸、水，搅拌，加入硫代乙酰胺，继续搅拌，将混合溶液转移至反应釜中，反应，降温，清洗，干燥，制得所述压电催化剂。本发明制得的压电催化剂具有良好的压电催化性能，能够实现较高的染料降解效率。

技术研发人员：盘思伟,王青,钱艺华,赵耀洪,方鹏飞,张子曰,李媛媛
受保护的技术使用者：广东电网有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15