黄铁矿型（FeS2）硫化物的软化学制备及其催化和电化学性能研究及机理分析(4)
在FeS2纳米颗粒、纳米线、纳米片和纳米立方的合成方面，科学家们已经进行了相当丰富的工作。在以往的研究中，水热法是合成的主要方法。但由于其合成过程的不可控性，常常使得产物纯度不高，粒径不均匀，形貌不规整。2014年末Yongxiao Bai发表了回流法制备黄铁矿型FeS2，其这种方法制备出的颗粒尺寸可控，具有很好的单分散性，胶体状态稳定，并有很好的结晶性。令人惊讶的是，调节一下纳米颗粒的合成过程就能让我们合成出不同纳米形态的FeS2。这种方法能合成很多硫化亚铁的纳米结构，从纳米颗粒到纳米棒、纳米线和纳米片都可以用这种方法合成，只要改变反应物的摩尔比和或者反应时间[32]。尤其是，反应前驱体非常廉价，而且这些各种的纳米级硫化亚铁都是不含有其他相的单相黄铁矿。这一研究成果在纳米FeS2的研究甚至是纳米半导体的研究中是独一无二的，我们将以此研究为基础，探究在较低温度下纳米黄铁矿型化合物的制备，并对合成出的样品进行光催化和电化学性能研究。为了提高纳米黄铁矿的性能，我们还探索了其与TiO2，氧化石墨烯的复合，以提高其在实际运用中的可能性。
图1.4 回流法制备不同形态FeS2[32]
1.3 石墨烯的研究状况
石墨烯是由sp2杂化的碳原子组成的蜂窝状的结构，并且呈现层状排列。除了其优异的电学性能之外，二文的平面材料还有很多其他非常卓越的属性。比如说更大的理论比表面积，以及基于其一个原子厚度的高透明度。此外，石墨烯的表面性质还可以通过化学的方法来进行改性，这使得石墨烯能够在复合材料的领域中大放异彩，具有很大的科研价值。因此，黄铁矿和石墨烯的复合材料可能同时在吸光性、透明性、导电性、以及可控性上相较于单一的材料有很大的改变，这将使得其组成的复合材料在光催化和电化学领域有更好的应用[33]。
氧化石墨（GO）是由石墨经过氧化处理得到的产物。由于氧化引起共轭电子的损失，其颜色较石墨更浅。经氧化处理后，氧化石墨仍然保持片层结构，但在每层的石墨烯片上引入了许多氧基官能团。这些官能团的引入使得单一的石墨烯结构变得非常复杂。官能团的引入使得石墨烯具有更好的亲水性和分散性，有利于制备石墨烯相关材料的制备。
1.4 二氧化钛的研究状况
二氧化钛（TiO2）是一种重要的功能无机材料，它具有良好的稳定性，很强的氧化能力，成本低廉而对环境友好。二氧化钛具有三种不同的晶型，金红石、锐钛矿、板钛矿。其中以锐钛矿（Eg=3.2 eV）的光催化活性最好。锐钛矿型二氧化钛在紫外光区有很强的响应，因此作为一种半导体材料具有很好的光催化性能。
P25¬是一种混合型TiO2，由一步法直接合成含金红石晶型25%，锐钛矿晶型75%的二氧化钛。是一种常用于复合的TiO2材料
基于诸多原因，本文拟以黄铁矿型纳米FeS2的合成研究为基础，探索一系列黄铁矿型二硫化物的合成方法研究，并通过对黄铁矿型纳米FeS2的复合改性的方法研究，获得具有高分散，高性能的复合材料，从而为其在光电化学性能方面的研究提供指导。通过阅读大量的科学文献，并进行大量的实验研究，我们尝试在前人工作的基础上，先完成对于黄铁矿型FeS2的软化学制备，并探究不同的反应参数对于产物形貌的影响。在完成了前期工作的基础上，还探索了另外几种过度金属元素Co和Ni的黄铁矿型二硫化物以及Sn的二硫化物的制备及性能对比研究。以成熟的回流软化学方法为基础，合成制备出了具有高分散的黄铁矿型纳米FeS2-TiO2和FeS2-GO复合材料。最后获得了系列过渡金属二硫化物及其复合产物。表征结果证实，反应产物在形貌上是均匀规整的，黄铁矿型FeS2纳米颗粒呈现出纳米级的立方体机构。而和氧化石墨的复合产物，FeS2晶体均匀地生长在石墨层的表面上。并对制备的样品进行光催化性能的测试，发现产物具有一定的光催化活性，但还需要据需探索研究，以希开发出具有更高应用价值的天然黄铁矿型二硫化物材料。