单层，少层和块状WS_2薄膜中声子位移随温度的变化（英文）

近年来,二维过渡金属二硫化物(TMD)由于其良好的物理和化学性质而引起人们的关注。其中,石墨烯由于其高达200000 cm~2·V~(-1)·s~(-1)高电子迁移率得到了深入研究。由于石墨烯没有带隙,因此基于石墨烯的器件难以实现高的电流开关比。对于二维过渡金属二硫化物例如MoS_2、MoSe_2、WSe_2和WS_2,这些材料可以根据层数来调节的带隙。其中,单层和多层MoS_2薄膜已进行了广泛深入研究。已经有人实现具有优异电学性能的基于MoS_2的场效应晶体管(FET)。与MoS_2、MoSe_2和MoTe_2相比,WS_2具有更低的面内电子质量,这表明基于WS_2的FET具有更高的载流子迁移率或更高的输出电流。与MoS2相比,WS_2缺乏系统的研究,需要更多的研究工作来进一步发掘基于WS_2的场效应晶体管的潜能。因此,我们使用机械剥离法来制备WS_2晶体单层(1L),少层(FL)和块状WS_2薄膜。使用3M透明胶带转移WS_2薄膜,并且使用514 nm激光器对1L、FL和块状WS_2膜进行了变温的拉曼研究。随着膜厚度增加到块状,对于1L WS_2,A_(1g)(Γ)和E_(2g)~1(Γ)模式分别显示蓝移和红移。此外,当拉曼振动模式在E12g(Γ)和A1g(Γ)之间交换时,"交叉"温度被识别为1L、FL和块状WS_2膜。与MoS2相比,随着膜厚度的变化,WS_2在E_(2g)~1(Γ)和A_(1g)(Γ)之间表现出较小的频率变化(Δ),并且从拉曼峰值位置随温度变化来看,WS_2比MoS_2少一个量级。这项工作为基于WS_2的器件设计提供了物理指导。     

Se掺杂对单层MoS2电子能带结构和光吸收性质的影响

基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算了Se掺杂单层MoS₂能带结构和光吸特性,并分析了对其光解水性质的影响。结果表明：本征单层MoS₂为直接带隙结构,禁带宽度为1.740 eV,导带底电位在H⁺/H₂还原势之上0.430 eV,价带顶电位在O₂/H₂O的氧化势之下0.080 eV,具有可见光催化分解水的能力,但氧化和还原能力不均衡,导致单层MoS₂作为光催化剂分解水的效率不高。通过Se掺杂计算发现,单层MoS₂的禁带宽度变为1.727 eV,相应的光吸收谱变化幅度几乎不变,且体系的形成能较低,表明其热力学稳定性良好。然而,导带底电位调整到H⁺/H₂还原势之上0.253 eV,价带顶电位处于O₂/H₂O的氧化势之下0.244 eV,平衡了氧化与还原能力,单层MoS₂可见光催化分解水的效率得到提高。     

基于二维材料WX_2构建的范德华异质结的结构和性质及应变效应的理论研究

二维材料过渡金属硫属化物(TMDs),因其优越的物理化学特性及其在光电子器件、光催化等领域的潜在应用价值,得到了人们的广泛关注。基于TMDs材料可以构建具有不同性能的范德华(vdW)异质结,但构建的异质结由于其固有的能带带隙大小限制了其在全光谱上的响应,因而对其能带带隙调控变得十分重要。本文基于第一性原理方法系统地研究了WX_2 (X=S, Se, Te)从单层到体相的结构和性质,以及由此组装的vdW异质结构WS_2/WSe_2、WS_2/WTe_2和WSe_2/WTe_2的结构和性质以及应力应变对异质结构的能带带隙的影响。结果表明:结合HSE06泛函和自旋轨道耦合(SOC)效应的计算方案可以精确描述WX_2体系;异质结构WS_2/WSe_2,WS_2/WTe_2和WSe_2/WTe_2呈现type-II能带分类;在施加单轴或双轴的应力应变后,能带带隙大小发生相应改变,当晶格形变大于4%后,异质结构由半导体特性变成具有金属性。这些研究为光电子器件的设计提供了重要的指导意义。     

MoS_2负载量对MoS_2/TiO_2光催化降解苯酚效率的影响及其作用机理研究

通过水解法制备TiO_2纳米颗粒,与经过超声处理后的MoS_2片层纳米材料复合制备MoS_2/TiO_2纳米催化剂,考察不同MoS_2负载量对其光催化降解苯酚效率及路径的影响。XRD、SEM、EDS、FT-IR和UV-vis DRS等表征结果表明,复合催化剂主要由锐钛矿型TiO_2和MoS_2组成;剥离后的MoS_2呈现薄片层状结构,均匀地分散在TiO_2纳米颗粒当中。光催化降解苯酚性能测试结果显示,对于MoS_2/TiO_2催化剂,MoS_2负载量的提高有利于光催化降解苯酚效率的提高;当MoS_2负载量为27%时,复合M o S2/TiO_2纳米颗粒的光催化性能最佳,反应80 min后可将苯酚完全降解。通过对苯酚降解过程中生成中间产物跟踪发现,MoS_2负载量的提高有利于促进中间产物苯醌、对苯二酚以及邻苯二酚的生成,进而提升了MoS_2/TiO_2复合材料的光催化性能。     

一维酞菁化合物能带结构研究

本文用EHMO紧束缚带方法研究了一维酞菁配合物MPc和MPcL的能带结构。计算结果表明, 酞菁环氧化后电导率增加不仅是因为产生了部分充满带, 而且能带结构发生了显著变化。MPc配合物导电机理与金属原子有关, Fe、Mn、Pt等能通过d~z~2带导电; Ni、Cu等则不能。讨论了堆积方式和层间距对MPc以及桥基对MPcL能带的影响。并用近似方法计算了非理想堆积的能带结构。     

三方硒电子结构的EH研究

计算了三螺旋硒链的一维能带, 三方硒的三维能带和Se_6簇的能级。能带分为三组: Se-Se成键带, 孤对电子带和Se-Se反键带。符合Se-Se, 成键的价电子层结构。同时对电子态进行了空间群的对称性分类。为了更广泛的将固体的计算结果与原子簇做比较, 定义了簇轨道重叠布居, 它是原子簇计算态密度的轨道重叠布居权重值。计算表明, Se_6簇(D_(3d))的态密度和簇轨道重叠布居分别与三方硒的态密度和晶体轨道重叠布居颇为类似, 说明两者成键本质的类似性。带隙和态密度与相应的实验数据作了比较。     

合成低碳混合醇耐硫催化剂MoS_2/K_2CO_3/γ-Al_2O_3制备的新方法

根据单层分散原理,设计了制备单层(或亚单层)分散型的合成低碳混合醇耐硫催化剂MoS_2/K_2CO_3/γ-Al_2O_3的新方法:先把比MoS_2易于分散的MoO_3分散到γ-Al_2O_3表面上形成单层或亚单层分散的MoO_3/γ-Al_2O_3母体,再进行硫化/还原,最后添加K_2CO_3。CO加氢反应结果证实:(1)该催化剂具有良好的抗硫性能;(2)以单个Mo原子计的活性较非单层(或亚单层)分散型的催化剂的活性成倍增加;(3)使低碳混合醇中C_2~+OH的含量增加,更符合作为汽油添加燃料的要求。     

MoS_2/g-C_3N_4复合材料的制备及可见光催化性能

首先在N-甲基吡咯烷酮溶液中超声剥离得到少层的MoS_2,将其与石墨相氮化碳(g-C_3N_4)复合,制得MoS_2/g-C_3N_4复合材料。采用X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM),X射线光电子能谱(XPS),傅里叶变换红外光谱(FTIR),Raman光谱,紫外-可见漫反射吸收光谱(DRS)和光致荧光(PL)技术对复合材料进行表征。可见光下考察MoS_2/g-C_3N_4复合材料光催化降解罗丹明B(Rh B)的活性,结果表明:将少量MoS_2与g-C_3N_4复合可明显提高光催化活性,且1%(w/w)MoS_2/g-C_3N_4复合物的光催化活性最高,可能的原因是MoS_2和g-C_3N_4匹配的能带结构,增大了界面间电荷的传输,降低了光生电子-空穴的复合,进而提高了光催化活性。     

构建NiS_2/MoSe_2S型异质结高效光催化产氢（英文）

S型异质结的提出是光催化领域发展的一个重要新理论。本研究通过典型的溶剂热法制备了NiS_2和MoSe_2,并通过原位生长的方法将二者复合,构建了S型异质结。所得的复合材料在光催化析氢中显示了优异的性能,产氢速率达7mmol·h~(-1)·g~(-1),是纯NiS_2和MoSe_2的2.05倍和2.44倍。进一步研究证实,NiS_2和MoSe_2耦合可以增强对光吸收强度。与纯NiS_2和MoSe_2相比,NiS_2/MoSe_2更高的光电流密度和更低的阴极电流及更低的电化学阻抗均证明了NiS_2/MoSe_2复合物可以有效促进光生电子的转移。同时,更低的荧光强度表明了NiS_2/MoSe_2复合物对电子-空穴再次复合的有效抑制,这为光催化析氢反应提供了有利的条件。另一方面,通过扫描电子显微镜和透射电子显微镜发现,MoSe_2作为一种无定型样品包围NiS_2纳米微球,这大大增加了两者之间的接触面积,从而增加了反应的活性位点。其次,在该光反应体系中,曙红(EY)作为一种光敏剂,有效地增强了催化剂对光的吸收。同时,在敏化过程中,曙红提供了电子给催化剂,这有效提高了光催化反应效率。S型异质结的建立有助于提高反应体系的氧化还原能力,是光催化还原水产氢反应析氢效果提高的主要原因。通过模特肖特基和光子能量曲线确定NiS_2和MoSe_2的导带、价带位置,进一步证明了S型异质结的建立。这项工作为研究S型异质结有效提高光催化制氢效率提供了新的参考。     

表面暴露活性位点的MoS_2纳米催化剂催化硝基化合物的非均相氢转移反应（英文）

MoS_2具有独特的二维层状结构,被广泛用于加氢脱硫过程以及HER反应,而且可以通过减少MoS_2的颗粒尺寸以及层数来进一步改善其催化活性.通过剥离方法得到的MoS_2纳米片虽然表现出优良的加氢脱硫活性,但容易团聚使其循环使用性能很差.如果通过引入纳米碳将单层的MoS_2纳米片进行有效"隔离",则可明显降低团聚的可能性,从而改善其催化性能和稳定性.本文通过一步水热法制备出了碳嵌入的MoS_2纳米颗粒(MoS_2@C),将其应用于硝基苯类化合物的氢转移反应中表现出了非常好的催化性能.进一步通过粉末X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)和在线质谱检测等手段研究了层间距增加的MoS_2催化剂在硝基苯类化合物的氢转移反应中催化性能提升的原因.XRD,SEM和TEM结果表明,通过引入碳材料可以明显增加MoS_2的层间距,同时减小其颗粒尺寸,而且使MoS_2表现出弯曲的(002)晶面.由于存在一定的曲率,这种(002)晶面也会表现出一定的催化能力.氮气物理吸附结果表明,这种MoS_2@C复合物具有较高的比表面积(89 m~2g~(-1))和明显的介孔结构(~20 nm),在催化反应中有利于底物扩散,进而改善催化性能.XPS结果显示,与体相的MoS_2相比,MoS_2@C表面暴露出更多的不饱和Mo原子(Mo/S=0.71(MoS_2@C)vs Mo/S=0.63(MoS_2)),形成了独特的S-Mo-O结构以及缺陷结构.在硝基苯类化合物的氢转移反应中,层间距增加的MoS_2@C由于暴露出更多的活性位和具有弯曲的(002)晶面,表现出了更高的催化活性–(TOF=3.66 s~(-1) vs 1.24 s~(-1)(MoS_2)).通过质谱对反应过程的追踪发现,在只有肼存在的条件下,MoS_2@C催化肼分解的主要气相产物是氨气.这说明MoS_2@C能够使肼发生N-N键的断裂.而当肼和硝基苯同时存在的条件下,质谱检测的气相产物主要是氮气,表明硝基苯的存在可以诱导肼逐步发生N-H键断裂,在催化剂表面形成活性的H物种,进而转移到硝基苯上使其还原得到苯胺.使用偶氮苯和氧化偶氮苯作为反应底物,发现MoS_2@C很难使其还原为苯胺,这说明在该催化体系中,硝基苯的还原过程主要是沿着直接路径(硝基苯-亚硝基苯-苯胺)进行的.     

单层，少层和块状WS2薄膜中声子位移随温度的变化

Two-dimensional transition metal disulfides (TMDs) have recently attracted significant research attention due to their rich physical and chemical properties. Graphene has also been studied intensively due to its high electron mobility of ~200000 cm²·V⁻¹·s⁻¹. Since there is no band gap, it is difficult for a graphene-based device to achieve high current on/off ratio. For TMDs, such as MoS₂, MoSe₂, WSe₂, and WS₂, the band gaps of these materials can be adjusted according to the number of layers. Since TMD has the advantage of suppressing source-drain tunneling current in an ultra-short transistor and offering superior immunity to short-channel effects, it is also attractive for use as a channel material in Si complementary metal oxide semiconductor (CMOS) devices larger than 22 nm. Among them, MoS₂ in single-layer and multi-layer films have been intensively researched for many years. MoS₂-based field effect transistors (FETs) with excellent electrical properties have been reported. WS₂ has lower in-plane electronic mass than MoS₂, MoSe₂, and MoTe₂, and therefore has potential for higher carrier mobility or higher output current for WS₂-based FETs. Experimental research on WS₂ is limited compared to MoS₂, and more work is needed to further exploit the full potential of WS₂-based FETs. Therefore, the electron-phonon interaction and vibration properties of WS₂ used in nano-electronic applications and FETs must be investigated. To this end, mono-layer (1L), few-layer (FL), and bulk WS₂ films were prepared using mechanical exfoliation from a WS₂ crystal. 3M scotch-tape was used for transferring the WS₂ films. Detailed temperature-dependent Raman study on 1L, FL, and bulk WS₂ films has been conducted using a 514-nm excitation laser. Raman spectroscopy, as an effective and non-destructive approach for phonon vibration study, has been used to evaluate TMDs. The Raman spectra reveal much useful information on the test sample in terms of peak position and spectral shape change. With the film thickness increasing to bulk, the A_1g(Γ) and E_2g¹(Γ) modes show blue-shift and red-shift, respectively, with respect to 1L WS₂. Moreover, when the dominant Raman vibration modes swaps between E_2g¹(Γ) and A_1g(Γ), the "cross-over" temperature was identified for 1L, FL, and bulk WS₂ films. WS₂ shows smaller frequency change Δ between the E_2g¹(Γ) and A_1g(Γ) modes than MoS₂, with varying film thickness. The temperature coefficient of the Raman peak position was one magnitude lower for WS₂ than MoS₂, implying that WS₂ has better thermal stability than MoS₂. The results of this systematic study provide a physical guidance for WS₂-based device design.     

构建NiS2/MoSe2 S型异质结高效光催化产氢

S-scheme heterojunction is a major breakthrough in the field of photocatalysis. In this study, NiS₂ and MoSe₂ were prepared by a typical solvothermal method, and compounded by an in situ growth method to construct an S-scheme heterojunction. The obtained composite showed excellent performance in photocatalytic hydrogen evolution; the hydrogen production rate was approximately 7 mmol·h^-1·g^-1, which was 2.05 times and 2.44 times those of pure NiS₂ and MoSe₂, respectively. Through a series of characterizations, it was found that NiS₂ and MoSe₂ coupling can enhance the light absorption intensity, which is vital for the light reaction system. The efficiency of electron-hole pair separation is also among the important factors restricting photocatalytic reactions. Compared with pure NiS₂ and MoSe₂, NiS₂/MoSe₂ exhibited a higher photocurrent density, lower cathode current, and lower electrochemical impedance, which proves that the NiS₂/MoSe₂ complex can effectively promote photogenerated electron transfer. Simultaneously, the lower emission intensity of fluorescence indicated effective inhibition of electron-hole recombination in the NiS₂/MoSe₂ complex, which is favorable for the photocatalytic hydrogen evolution reaction. Further, scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM) showed that MoSe₂ is an amorphous sample surrounded by the NiS₂ nanomicrosphere, which greatly increased the contact area between the two, thus increasing the active site of the reaction. Secondly, as a photosensitizer, Eosin Y (EY) effectively enhanced the absorption of light by the catalyst in the photoreaction system. Meanwhile, during sensitization, electrons were provided to the catalyst, which effectively improved the photocatalytic reaction efficiency. The establishment of S-scheme heterojunctions contributed to improving the redox capacity of the reaction system and was the most important link in the photocatalytic hydrogen reduction of aquatic products. It was also the main reason for the improvement of the hydrogen evolution effect in this study. The locations of the conduction band and valence band of NiS₂ and MoSe₂ were determined by Mott-Schottky plots and photon energy curves, and further proved the establishment of the S-scheme heterojunction. This work provides a new reference for studying the S-scheme heterojunction to effectively improve the photocatalytic hydrogen production efficiency.      

Au/TiO_2/MoS_2等离子体复合光催化剂的制备及其增强光催化产氢活性

采用尿素沉积法制备了Au/Ti O_2/Mo S_2等离子体复合光催化剂。通过光催化产氢实验,在10%(φ,体积分数)甘油水溶液为牺牲剂条件下,研究了不同Mo S_2含量、Au固载2%(w,质量分数)时,Au/Ti O_2/Mo S_2(ATM)复合样品的光催化产氢活性。结果表明,当Mo S_2含量为0.1%(w)时,复合样品ATM0.1显示出最高的光催化产氢活性,其产氢速率达到708.85μmol·h~(-1),是Ti O_2/Mo S_2(TM)两相复合样品中光催化活性最高样品TM6.0产氢速率的11倍。三相复合样品显示增强光催化产氢活性主要是由于吸附在Ti O_2/Mo S_2层状复合材料上的Au纳米颗粒具有表面等离子共振效应,能强烈吸收波长范围550–560 nm的可见光,诱导产生光生电子,金纳米颗粒上的电子受到激发后转移到Ti O_2导带上,Ti O_2导带上的电子传递给片状Mo S_2,最终在Mo S_2上催化氢气产生。     

金属相1T´ MoS2增强类石墨相C3N4的可见光催化性能

通过煅烧和静电自组装的方法制备了1T′ MoS₂超薄纳米片和类石墨烯相氮化碳(g-C₃N₄)纳米片的复合材料. 该材料在光催化实验中展现出6.24 μmol?g^?1?h^?1的产氢速率, 优于贵金属铂修饰的g-C₃N₄纳米片的性能(4.64 μmol?g^?1?h^?1). 此外, 该复合材料在光催化降解有机染料甲基橙的实验中表现出0.19 min^?1的催化速率, 而纯g-C₃N₄纳米片只有0.053 min^?1的催化速率. 材料光催化性能的提升可归结于1T′MoS₂ 和g-C₃N₄之间的协同效应, 包括光吸收的增强以及因1T′MoS₂优异电子导电性而得到的高效电荷分离.     

溶剂热一步法制备二硫化钼/亚氧化钛电解水析氢催化剂

通过水热法一步合成了系列二硫化钼/亚氧化钛（MoS₂/Ti_xO_y）复合催化剂,研究了溶剂、硫源和钼源等合成条件对所合成的催化剂电催化析氢活性的影响以及亚氧化钛的作用。结果表明,溶剂、硫源、钼源、亚氧化钛等因素都对催化剂的结构和电解水析氢性能有重要影响。溶剂水、水解可产生铵根离子的硫源和钼源以及亚氧化钛的加入有利于获得具有高析氢活性的催化剂。其中,以水为溶剂、硫代乙酰胺为硫源、钼酸铵为钼源得到的催化剂析氢活性最高,电解水析氢测试中达到10 mA/cm²电流密度时需要的过电势仅为280 mV。     

MoS_2/TiO_2复合催化剂的制备及其在紫外光下的光催化制氢活性

为了研究复合光催化剂在光催化中的制氢效率,采用水热法制备了Mo S2纳米片,然后通过水热法在Mo S2纳米片上负载了TiO_2纳米颗粒,形成了Mo S2/TiO_2异质结复合催化剂。采用冷场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、拉曼光谱(Raman),X射线光电子能谱(XPS)对材料的结构和光学性能表征并进行分析。通过光催化制氢测试对光催化剂进行评价,实验结果表明,在波长为365 nm的紫外光照射下,最高光催化制氢速率为1004μmol·h-1·g-1,对应的催化剂的Mo S2含量为30%,其催化速率远大于单一的Mo S2和TiO_2,表明Mo S2/TiO_2复合催化剂在紫外光照下能显著提高光催化产氢性能。基于Mo S2/TiO_2复合光催化剂优越的光催化产氢性能,本文对复合光催化剂的产氢机理做了研究和分析。     

Copper-linked 1T MoS2/Cu2O Heterostructure for Efficient Photocatalytic Hydrogen Evolution

Metallic 1T phase molybdenum disulfide(1T MoS₂) is an excellent catalyst due to the abundant active sites and good conductivity. However, complex synthesis and unstable nature of 1T MoS₂ still limit its practical application. Herein, we propose a simple method to trigger the phase transition of MoS₂. This phase transition is first predicted by density functional theory(DFT) calculations and then confirmed by Raman spectroscopy and high-resolution transmission electron microscopy(HRTEM). 1T MoS₂/Cu₂O heterostructure catalyst is then developed, showing enhanced photocatalytic hydrogen evolution.     

Fabrication of Cu/rGO/MoS2 nanohybrid with energetic visible-light response for degradation of rhodamine B

A novel visible-light-driven Cu/rGO/MoS₂ ternary nanostructure as a photocatalyst with high catalytic activity towards degradation of rhodamine B was successfully synthesized through a facile solvothermal method.