石墨烯/MoS2/CaIn2S4复合光催化剂的等离子体制备及性能研究

光催化技术因可以利用太阳能、反应条件温和、无二次污染等优点,有望成为解决石化行业废水、废气污染物的理想污染治理技术。为了充分发挥石墨烯、MoS_2等二维层状材料在结构上的优势,我们采用等离子体技术原位还原单层氧化石墨烯和四硫代钼酸铵,制备石墨烯/MoS_2/CaIn_2S_4复合光催化剂。利用XRD、SEM、TEM、BET、Raman、XPS等技术对复合光催化剂的结构、形貌、比表面积、电子结构等进行了表征,并研究了它们在可见光下光催化降解气相邻二甲苯和液相苯酚的性能。结果表明,在等离子体制备过程中,MoS_2优先负载到CaIn_2S_4表面,同时MoS_2和CaIn_2S_4又负载到薄层石墨烯的纳米片上。这种独特的结构不仅可以提高光催化剂的比表面积,同时还可以有效抑制光生载流子的复合、提升光生电荷的寿命,因此MoS_2和石墨烯的协同作用可以大幅增强CaIn_2S_4的光催化性能。当MoS_2和石墨烯的负载量分别达到5%和3%时,得到的石墨烯/MoS_2/CaIn_2S_4的光催化性能最强,90 min内可以将200 ppm V的邻二甲苯降解97.7%,表观一级反应速率常数为0.004167 min~(-1),分别是相应的石墨烯/CaIn_2S_4、MoS_2/CaIn_2S_4和CaIn_2S_4的2.5、5.4和7.1倍; 120 min可以将20 mg·L~(-1)的苯酚降解84.8%,表观一级反应速率常数为0.01542 min~(-1),分别是相应的石墨烯/CaIn_2S_4、MoS_2/CaIn_2S_4和CaIn_2S_4的2.4、3.8和6.0倍。