纳米二硫化钼的掺杂及催化电解水产氢的研究进展

电催化水分解制氢是可以形成闭环的生产过程, 起始原料与副产物均为水、 过程清洁无污染, 是极具希望的产氢策略. 目前制约其发展的瓶颈之一是价格昂贵的Pt基贵金属催化剂. 为推动电催化分解水制氢的普及, 亟待开发低成本非贵金属催化剂. 在众多备选非贵金属催化材料中, 纳米层状结构二硫化钼(MoS₂)因催化效果可期、 价格低而获得了广泛关注. 然而, 通常条件下易于获得的层状结构2H相MoS₂大面积的基面部分显示惰性, 仅在片层边缘处存在少量活性位点, 且导电性较差, 因而尚不能替代Pt基催化剂, 而如何增加其活性位点数量和提高其导电性成为亟待解决的问题; 另一方面, 1T相MoS₂虽然活性高、 导电性好, 但却存在制备困难及稳定性差的问题. 鉴于此, 研究者通过对纳米MoS₂进行掺杂改性实现了其活性与稳定性的有效提升. 本文对非贵金属纳米MoS₂催化剂掺杂改性的方法、 机理及其电催化水解制氢性能的相关研究进行了总结与讨论. 作为典型的非贵金属电解水析氢催化剂, MoS₂具有巨大发展潜力, 本文能够对相关非贵金属催化剂的研发提供有益的参考.     

二维材料插层改性方法研究进展

二维材料凭借其独特的电学、光学、磁学等性质引起了广泛关注,如何处理二维材料使其改性是目前的研究热点。 插层方法是目前调控二维材料性质的主要方法之一。 插层过程中,客体粒子插入主体材料的范德华层间,造成二维材料物理与化学性质的变化。 气相、液相、固相插层均可以使二维材料的性质得到提升。 本文主要介绍二维材料插层方法,分析其不同优势和限制条件,并展望如何综合应用插层方法更好地提升二维材料电学、光学等性能。     

二维硫化钼基原子晶体材料的化学气相沉积法制备及其器件

二维过渡族金属硫属化合物因其带隙具有强烈的层数依赖性而在电子器件方面具有广泛的应用前景.其中单层二硫化钼(MoS₂)是该系列材料中最典型的一种直接带隙半导体,它具有优异的光、电、磁、热和力学性能.二维MoS₂有望在光电探测、光伏器件、场效应晶体管、存储器件、谷电子和自旋器件、温差电器件、微纳机电器件和系统等方面得以广泛应用.化学气相沉积(CVD)法已成为制备二维过渡族金属硫属化合物如MoS₂、MoSe₂、WS₂和WSe₂等原子层薄膜的主要手段,尤其科学界利用CVD法对二维MoS₂材料进行了深入的制备探索,通过该方法制备的MoS₂薄膜在电子和光电器件方面已经有广泛研究.本文将从二维MoS₂的基本物性出发,详细介绍CVD法制备MoS₂的各种工艺过程,如热分解硫代硫酸盐法、硫化Mo(MoO_3-x)薄膜制备法、MoO_3-x粉体与硫属前驱体气相合成法和钼箔表面直接硫化法,并介绍了基于MoS₂的二维异质结构筑方法.在制备材料的基础上,详细阐述了二维MoS₂在场效应晶体管、光电探测器、柔性电子器件以及异质结器件方面的应用,并展望了二维材料在半导体器件中的应用前景.     

二维材料限域单原子催化剂研究进展

近年来,单一原子或单一位点催化剂因其独特的结构和电子特性受到催化研究人员的广泛关注.目前,多种无机固体材料被用作限域该类单原子催化剂,包括传统的金属氧化物、沸石分子筛以及金属有机框架配合物等.载体的性质会显著地影响单原子的催化性能,因此具有独特物理化学性质的二维材料无疑是限域单原子的一类理想介质,并逐渐引起了人们在该领域的研究兴趣.二维材料兴起于石墨烯的成功剥离,随后其他类似物如氮化硼、氮化碳以及二硫化钼等蓬勃发展起来.结构简单明确且性质独特的二维材料自身就是一类新颖的催化剂,其与单原子的结合将会为催化带来更多新的可能.二维材料限域单原子催化剂的潜在优势如下:(1)二维材料独特的电子结构对单原子中心的电子特性有显著的调变作用,使其催化性能更为独特;(2)二维材料通常具有巨大的比表面积,这允许其锚定更多的单原子从而显著提高其活性位密度;(3)单原子层二维材料有利于反应物分子从双向接触其表面限域的单原子位点,增加碰撞几率并降低传质阻力;(4)二维材料限域单原子催化剂可被视为理想的模型催化剂,其结构均一的活性中心有利于催化剂构效关系的研究;(5)二维材料限域的单原子能够反过来促进或激活二维材料的本征催化活性.在这里,我们总结了二维材料限域单原子催化剂的最新进展,其中二维材料主要涉及石墨烯、氮化碳和硫化钼.我们围绕在二维材料限域单原子催化剂中什么是真正的活性位点及其如何协同催化等问题进行了讨论,进而展望了二维材料限域单原子催化剂的应用前景和挑战.     

基于二维相关近红外光谱判定牛奶中掺杂的目标物

分别配制含有不同浓度尿素(1～20g.L-1)、葡萄糖(1～20g.L-1)和三聚氰胺(0.01～3g.L-1)的牛奶溶液共120个,采用二维相关近红外光谱对掺杂牛奶进行了快速判别分析。以牛奶中掺杂目标物浓度为外扰,构建二维相关近红外光谱,研究了各掺杂牛奶的二维相关近红外特性,并进行对比、分析。掺杂尿素牛奶在同步图上出现两个较强的自相关峰,分别在4 552,4 648cm-1处;掺杂葡萄糖牛奶,在同步图中出现3个较强的自相关峰,分别在4 456,4 392,4 360cm-1处;而掺杂三聚氰胺牛奶也有两个较强的自相关峰,出现在4 256,4 328cm-1处。结果表明:所提出的方法能实现对含有上述掺杂物牛奶的正确识别,为快速判别牛奶的安全性提供新方法。     

二维材料范德华间隙的利用

Since their discovery, two-dimensional (2D) materials have attracted significant research attention owing to their excellent and controllable physical and chemical properties. These materials have emerged rapidly as important material system owing to their unique properties such as electricity, optics, quantum properties, and catalytic properties. 2D materials are mostly bonded by strong ionic or covalent bonds within the layers, and the layers are stacked together by van der Waals forces, thereby making it possible to peel off 2D materials with few or single layers. The weak interaction between the layers of 2D materials also enables the use of van der Waals gaps for regulating the electronic structure of the system and further optimizing the material properties. The introduction of guest atoms can significantly change the interlayer spacing of the original material and coupling strength between the layers. Also, interaction between the guest and host atom also has the potential to change the electronic structure of the original material, thereby affecting the material properties. For example, the electron structure of a host can be modified by interlayer guest atoms, and characteristics such as carrier concentration, optical transmittance, conductivity, and band gap can be tuned. Organic cations intercalated between the layers of 2D materials can produce stable superlattices, which have great potential for developing new electronic and optoelectronic devices. This method enables the modulation of the electrical, magnetic, and optical properties of the original materials, thereby establishing a family of 2D materials with widely adjustable electrical and optical properties. It is also possible to introduce some new properties to the 2D materials, such as magnetic properties and catalytic properties, by the intercalation of guest atoms. Interlayer storage, represented by lithium-ion batteries, is also an important application of 2D van der Waals gap utilization in energy storage, which has also attracted significant research attention. Herein, we review the studies conducted in recent years from the following aspects: (1) changing the layer spacing to change the interlayer coupling; (2) introducing the interaction between guest and host atoms to change the physico-chemical properties of raw materials; (3) introducing the guest substances to obtain new properties; and (4) interlayer energy storage. We systematically describe various interlayer optimization methods of 2D van der Waals gaps and their effects on the physical and chemical properties of synthetic materials, and suggest the direction of further development and utilization of 2D van der Waals gaps.     

泡沫状二维复合材料的合成及超级电容器性能

利用蔗糖和乙醇作为碳源,以氯化镍高温还原形成的镍颗粒作为模板,制备了泡沫状石墨烯多孔材料。 继而以其作为载体,通过浸渍和高温热解法制备了泡沫状MoS₂/石墨烯二维复合材料。 通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、拉曼光谱、X射线衍射(XRD)等技术手段研究了复合材料的形貌、组成和结构。 循环伏安、恒流充放电和循环寿命测试均表明,该材料具有良好的超级电容器性能,质量比电容达203.5 F/g,面积比电容达280 mF/cm²,5000次恒流充放电循环后的电容保持率约80%。     

纳米片层二硫化钼负载PtCo双金属催化甲醇水相重整制氢

采用水热法合成了层数只有六层的纳米片层二硫化钼（MoS₂）,并进一步负载Pt和PtM双金属（M=Ru、Pd、Co和Ni）,用于催化甲醇水相重整制氢反应。结果表明,PtCo/MoS₂对于甲醇水相重整具有最优异的催化性能,在220℃下产氢转换频率（TOF）为37142 h^-1。氮气吸附-脱附等温线、透射电子显微镜（TEM）、程序升温还原（H₂-TPR）以及X射线光电子能谱（XPS）等表征结果表明,PtCo/MoS₂中金属还原程度高,且Pt与载体MoS₂形成了强电子相互作用,使缺电子的Pt有利于吸附活化甲醇,并进一步促进甲醇重整反应。     

二维分子的原子不对称性研究

基于分子形状的二进制编码提出了权原子和法来描述原子的不对称环境, 其中权原子和是以相反的方向环绕分子所得原子不对称环境的量度, 分子中一个原子的权原子和与其镜像分子中相应原子的权原子和的大小相等, 符号相反. 权原子和不仅适用于手性分子, 还能描述非手性分子中原子的不对称性. 与Randic′提出的原子和进行比较表明, 权原子和比原子和具有更好地区分能力, 因此, 权原子和能够更好地表征原子的不对称性.     

表面活性剂辅助界面聚合法合成结晶性二维聚合物

二维材料由于其具有独特的物理和化学性质成为国际上的研究热点之一.制备面积大、厚度可控、长程有序的二维聚合物成为新型二维材料研究的难点之一.近几年,许多新型二维材料已被报道.然而,这些二维材料存在结晶性不足、尺寸小等缺点.近期,德累斯顿工业大学冯新亮课题组报道了利用表面活性剂单分子层辅助的界面聚合法(SMAIS)实现了可...     

Revealing the Role of Gold in the Growth of Two-Dimensional Molybdenum Disulfide by Surface Alloy Formation

The formation of Mo/Au surface alloy during Au-assisted chemical vapor deposition (CVD) of MoS₂ is confirmed by a series of control experiments. A metal–organic chemical vapor deposition (MOCVD) system is adapted to conduct two-dimensional MoS₂ growth in a controlled environment. Sequential injection of Mo and S precursors, which does not yield any MoS₂ on SiO₂/Si, grows atomically thin MoS₂ on Au, indicating the formation of an alloy phase. Transmission electron microscopy of a cross-section of the specimen confirms the confinement of the alloy phase near the surface only. These results show that the reaction intermediate is the surface alloy, and that the role of Au in the Au-assisted CVD is the formation of an atomically thin reservoir of Mo near the surface. This mechanism is clearly distinguished from that of MOCVD, which does not involve the formation of any alloy phases.     

Selective Reduction of Nitroarenes with Molybdenum Disulfide

Commercial MoS₂ was found to be a highly selective catalyst for the reduction of nitrobenzenes to the corresponding anilines with hydrazine under mild conditions. MoS₂ is not only much cheaper, but also more selective than noble metal catalysts for the reduction of functional nitrobenzenes to the corresponding anilines. Nitrobenzenes with halides (F, Cl, Br and I) were reduced selectively, and the corresponding anilines were obtained in excellent yields, and no dehalogenation was detected. Functional groups such as NH₂, OH, alkene groups were tolerated during the reduction of the nitro compounds. The reduction of p‐chloronitrobenzene was studied over MoS₂ and Pd/C respectively with hydrazine. The yield of p‐chloroaniline was much higher with MoS₂ than that with Pd/C at full conversion.     

退火对单层二硫化钼荧光特性的影响

单层二硫化钼是继石墨烯后的一种新型二维材料. 它是一种直接带隙半导体, 具有优异的光电特性, 从而受到人们的广泛关注. 之前的研究报道过单层二硫化钼在氩气中退火后可以提升其A激子峰的荧光强度, 但我们发现, 空气中退火较氩气退火效果更为明显. 本文重点研究了在空气中退火对二硫化钼的荧光特性的影响. 不同条件下制备的单层二硫化钼样品, 经过在空气中退火处理后, 荧光峰位均发生了蓝移, 荧光强度提升了一个数量级. 我们认为, 这是由于空气退火造成二硫化钼缺陷的形成, 大量氧气分子被缺陷束缚并发生电荷转移. 氧气分子充当受主的角色, 起着P型掺杂的作用. 电荷的抽取造成二硫化钼的负电激子减少, 中性激子增多, 提升了其荧光量子效率. 我们在对照实验中发现, NH₃吸附在二硫化钼表面时, 荧光强度下降, 峰位红移, 这是由于NH₃分子充当施主的角色, 造成负电激子增多, 中性激子减少. 本文为提高单层二硫化钼的荧光量子效率提供了一种简单有效的方法.     

二硫化钼薄膜的刻蚀方法及其应用

过渡金属硫化物因能带结构与层数具有明显的依赖关系而受到广泛关注,尤其是二维二硫化钼（MoS₂）薄膜因其优良的光电性能而成为研究热点。目前,化学气相沉积法（CVD）和剥离法已成为制备MoS₂薄膜的主要方法,但这两种方法均存在难以精确控制MoS₂层数的问题,研究证实通过刻蚀手段能够对MoS₂薄膜层数进行进一步加工,从而得到单层或特定层数的样品。本文综述了基于不同刻蚀原理的MoS₂薄膜刻蚀技术的国内外研究进展,分析讨论了不同刻蚀技术对刻蚀后MoS₂薄膜质量的影响,介绍了MoS₂刻蚀方法在场效应晶体管（FET）以及其他光电器件领域的实际应用和发展前景,最后对将来研究中需要着力解决的问题进行了展望。     

铝柱撑二硫化钼的制备及其催化氧化性质

本文采用单分子层技术将聚合羟基铝簇离子嵌入到二硫化钼板层间，得到层间距为1.481至1.519 nm的柱撑二硫化钼复合材料。XRD、DSC等研究表明，柱化液的滴加浓度越稀、柱撑反应体系中Al∶MoS₂物质的量之比越小越有利于获得层间距较大的柱撑材料。与原料2H-MoS₂相比，柱撑材料的层间距增大，颗粒度变小，比表面积增加。在氧气条件下，对Na₂S的催化氧化实验表明，柱撑材料较原料2H-MoS₂的催化氧化活性提高3～4倍，且光催化活性大于催化活性。这与柱撑材料的比表面积增加所导致催化活性部位的增多，以及光致电子-空穴对的产生有关。     

二硫化钼纳米材料的制备及其对心肌细胞的保护作用

目前,心血管疾病是世界上导致死亡的主要病因,而氧化应激损伤是心血管疾病的重要发病机制之一。 本研究旨在探讨二硫化钼(MoS₂)纳米材料在心肌细胞受到氧化应激损伤时的抗氧化保护作用。 我们通过一步水热法合成了具备类抗氧化酶活性的MoS₂纳米材料。 通过MTT比色法、细胞内凋亡、细胞内活性氧(ROS)检测及Western Blot等实验证实MoS₂纳米材料(100 μg/mL)可以很好地保护H9c2心肌细胞免受双氧水(H₂O₂)诱导的氧化应激损伤。 同时,还促进了H9c2心肌细胞的增殖。 本研究显示了MoS₂纳米材料可用于构建针对氧化应激损伤引起的心血管疾病的抗氧化剂防御,为纳米药物在抗心肌氧化损伤研发提供实验数据及理论依据。     

类石墨烯二硫化钼及其在光电子器件上的应用

由单层或几层二硫化钼构成的类石墨烯二硫化钼(graphene-like MoS₂)是一种具有类似石墨烯结构和性能的新型二维(2D)层状化合物, 近年来以其独特的物理、化学性质而成为新兴的研究热点. 本文综述了近年来类石墨烯二硫化钼常见的几种制备方法, 包括以微机械力剥离、锂离子插层和液相超声法等为主的“自上而下”的剥离法, 以及以高温热分解、水热法等为主的“自下而上”的合成法; 介绍了其常用的结构表征方法, 包括原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和拉曼光谱等; 概述了类石墨烯二硫化钼的紫外-可见(UV-Vis)吸收、荧光发射等基本光物理性质及其相关机理; 总结了类石墨烯二硫化钼在二次电池、场效应晶体管、传感器、有机电致发光二极管和电存储等光电子器件领域的应用原理及其研究进展, 展望了这类新型二维层状化合物的研究前景.     

Nickel Doping in Atomically Thin Tin Disulfide Nanosheets Enables Highly Efficient CO2 Reduction

Engineering electronic properties by elemental doping is a direct strategy to design efficient catalysts towards CO₂ electroreduction. Atomically thin SnS₂ nanosheets were modified by Ni doping for efficient electroreduction of CO₂. The introduction of Ni into SnS₂ nanosheets significantly enhanced the current density and Faradaic efficiency for carbonaceous product relative to pristine SnS₂ nanosheets. When the Ni content was 5 atm %, the Ni‐doped SnS₂ nanosheets achieved a remarkable Faradaic efficiency of 93 % for carbonaceous product with a current density of 19.6 mA cm^?2 at ?0.9 V vs. RHE. A mechanistic study revealed that the Ni doping gave rise to a defect level and lowered the work function of SnS₂ nanosheets, resulting in the promoted CO₂ activation and thus improved performance in CO₂ electroreduction.