二硫化钼量子点/还原氧化石墨烯复合材料的制备及其光催化降解有机染料、四环素和Cr（VI）

doi:10.19894/j.issn.1000-0518.210115

摘要/Abstract

摘要：

以钼酸钠、L-半胱氨酸和氧化石墨烯为原料，采用一锅溶剂热还原法制备了二硫化钼量子点/还原氧化石墨烯（MoS₂ QDs/rGO）复合材料，分别以罗丹明B、亚甲基蓝、四环素和Cr（VI）为目标污染物，研究了复合材料的可见光响应光催化降解性能。结果显示，MoS₂ QDs/rGO对两种染料和Cr（VI）的光催化降解率均可达97%以上，对四环素的光催化降解率为69%；循环使用10次，对目标染料的降解率均保持在90%以上。说明MoS₂ QDs/rGO具有良好的催化活性和稳定性。在降解体系中分别加入异丙醇、对苯醌和乙二胺四乙酸二钠捕获剂，结果显示，超氧自由基（?O₂^-）是MoS₂ QDs/rGO光催化反应的主要活性物种。

关键词: 二硫化钼量子点/还原氧化石墨烯, 光催化降解, 有机染料, 四环素, 六价铬。

Abstract:

Molybdenum disulfide quantum dots/reduced graphene oxide （MoS₂ QDs/rGO） composites were prepared by a one-pot solvothermal reduction method with sodium molybdate， L-cysteine and graphene oxide as raw materials. The photocatalytic degradation performance of photocatalysts was studied under visible light with rhodamine B （RhB）， methylene blue （MB）， tetracyclines （TC） and Cr（VI） as the target pollutants， respectively. MoS₂ QDs/rGO composites exhibit excellent photocatalytic activity and stability that are superior to molybdenum disulfide quantum dots and reduced graphene oxide. The photodegradation rates of RhB， MB and Cr（VI） are all above 97%， and those of TC are 69%. Moreover， MoS₂ QDs/rGO composites possess high photocatalytic stability and reusability and could be reused for ten times without significant decrease of photocatalytic activity. The photodegradation rates of the two dyes are both maintained over 90%. The photodegradation mechanism of MoS₂ QDs/rGO composites is studied by adding radical scavengers of isopropanol， p-benzoquinone and EDTA-2Na， respectively. It is found that superoxide radical （·O $_{2}^{-}$ ） is the main active species of MoS₂ QDs/rGO.

Key words: Molybdenum disulfide quantum dots/reduced graphene oxide, Photocatalytic degradation, Organic dyes, Tetracyclines, Chromium（VI）

中图分类号:

O643

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图/表 12

图1 rGO （A）、MoS2 QDs （B）和MoS2 QDs/rGO （C）的SEM图

Fig.1 SEM images of rGO （A）， MoS2 QDs （B） and MoS2 QDs/rGO （C）

图2 MoS2 QDs/rGO的TEM图

Fig.2 TEM image of MoS2 QDs/rGO

图3 MoS2 QDs/rGO的AFM图

Fig.3 AFM image of MoS2 QDs/rGO

图4 MoS2 QDs/rGO的XRD谱图

Fig.4 XRD patterns of MoS2 QDs/rGO

图5 GO、MoS2 QDs和MoS2 QDs/rGO的FT-IR谱图

Fig.5 FT-IR spectra of GO， MoS2 and MoS2 QDs/rGO

图6 MoS2 QDs/rGO、MoS2和rGO分别对RhB （A）、MB （B）、TC （C）和Cr（Ⅵ）（D）的光催化降解曲线

Fig.6 Photocatalytic degradation curves of RhB （A）， MB （B）， TC（C） and Cr（Ⅵ）（D） by MoS2 QDs/rGO， MoS2 and rGO

图7 MoS2 QDs/rGO用量（A - D）和pH（E - H）分别对RhB、MB、TC和Cr（Ⅵ）光催化降解的影响

Fig.7 Photocatalytic degradation of RhB， MB， TC and Cr（Ⅵ） with different amount of MoS2 QDs/rGO （A - D） and at different reaction system pH values （E - H）

图8 MoS2 QDs/rGO对RhB和MB （A）， TC和Cr（Ⅵ）（B）的光催化降解率随循环使用次数的变化

Fig.8 Photocatalytic degradation of RhB and MB （A）， TC and Cr（Ⅵ）（B） with MoS2 QDs/rGO as a function of cycling times

表1 RhB、MB、TC和Cr（Ⅵ）的光催化降解动力学拟合

Table 1 The photocatalytic degradation kinetics of RhB， MB， TC and Cr（Ⅵ）

目标污染物 Samples	动力学反应级数 Reaction order	回归方程 Regression equation	相关系数 r
	0	ρ_t =－0.0118t+0.936	0.981
RhB	1	ln ρ_t =－0.0320t+0.163	0.990
	2	1/ρ_t =0.136t－0.794	0.903
	0	ρ_t =－0.0119t+0.872	0.950
MB	1	ln ρ_t =－0.0387t+0.104	0.997
	2	1/ρ_t =0.231t－1.91	0.925
	0	ρ_t =－0.0062t+0.766	0.976
TC	1	ln ρ_t =－0.0119t－0.236	0.997
	2	1/ρ_t =0.0246t+1.17	0.995
	0	ρ_t =－0.0088t+0.656	0.958
Cr（Ⅵ）	1	ln ρ_t =－0.0372t－0.178	0.996
	2	1/ρ_t =0.281t－2.30	0.910

图9 不同时刻RhB（A）、MB（B）、TC（C）和Cr（Ⅵ）（D）的吸光度曲线

Fig.9 Absorbance curves of RhB（A）， MB（B）， TC（C） and Cr（Ⅵ）（D） at different times

图10 捕获剂对RhB、MB、TC和Cr（Ⅵ）降解性能的影响

Fig.10 Effect of different radical scavengers on photodegradation of RhB， MB， TC and Cr（Ⅵ）

图11 MoS2 QDs/rGO光催化降解机理图

Fig.11 Photocatalytic degradation mechanism of MoS2 QDs/rGO

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