单个MoS2纳米片氢析出催化特性研究

MoS₂作为高效的电催化氢析出(HER)催化剂已有大量文献报道. 实验和DFT计算结果都表明MoS₂的高氢析出活性来源于边缘,而其基面是催化惰性的。为了进一步验证此结论,本文利用巯基羧酸在恒电位下自组装单层修饰的纳/微米电极固定不同尺寸的单个纳米片状,对MoS₂氢析出催化活性与其尺寸的关系进行研究,发现纳米片状MoS₂具有较高的催化活性,同时较小尺寸的MoS₂氢析出活性更高,说明MoS₂的边缘的增多对其催化活性有巨大提升,即证明了边缘部分具有更高的氢析出催化活性.     

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。     

MoS2/GQDs催化剂的制备及微生物电解池的产氢性能研究

通过水热法合成了一系列MoS₂/GQDs复合材料,并制成碳基复合电极。利用电化学测试手段挑选出最佳电极后用于微生物电解池（MEC）阴极的产氢性能研究。实验结果显示： Na₂MoO₄、半胱氨酸和GQDs的最佳原料配比为375:600:1,制备出的MoS₂/GQDs呈现明显的爆米花样纳米片结构,片层厚度在10 nm左右,当碳纸负载量为1.5 mg·cm^-2时,MoS₂/GQDs碳纸电极的析氢催化能力最佳。在MEC产氢实验中,MoS₂/GQDs阴极MEC的产气量、氢气产率、库仑效率、整体氢气回收率、阴极氢气回收率、电能回收率和整体能量回收率分别为51.15±3.15 mL·cycle^-1、0.401±0.032 m³H₂·m³d^-1、91.16±0.054%、66.64±5.39%、72.44±2.60%、217.26±7.42%和77.37±1.50%,均略高于Pt/C阴极MEC或与之媲美。另外,MoS₂/GQDs具有良好的长期稳定性,且价格便宜,有利于实际应用。     

Co9S8/MoS2异质结构的构筑及电催化析氢性能研究

利用前驱物形貌导向法,成功制备了Co₉S₈/MoS₂异质结构催化剂,该催化剂在碱性析氢反应（HER）中表现出优异的催化活性及稳定性,其在10 mA·cm^-2处的过电势仅为84 mV.通过X射线粉末衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、电子自旋共振（ESR）、拉曼光谱（Raman）、X射线光电子能谱（XPS）和同步辐射（XAFS）等表征,证明了CoS₂/MoS₂在H₂氛围下煅烧形成Co₉S₈/MoS₂的过程中,CoS₂中Co的配位模式从部分八面体向Co₉S₈中的四面体转变,这种转变可活化MoS₂的惰性平面,从而使其更有利于吸附H^*.除此之外,接触角数据表明：该催化剂具有良好的亲水性,有利于电解液渗透及气体分子的迅速扩散,从而促进HER反应速率.由于异质结构间具有强烈的相互作用,该催化剂可表现出良好的结构稳定性.本工作基于Co₉S₈/MoS₂异质结构的成功构筑及对其HER催化机理的充分探讨,为后续硫化物异质结及其在电催化中的应用提供了良好的思路和研究基础.     

金箔上单层MoS2的控制生长及电催化析氢应用

金属衬底上单层MoS₂的可控批量制备是探索其微观形貌、新奇物理化学特性以及潜在应用的重要前提. 最近, 我们利用低压化学气相沉积的方法, 在多晶金箔上实现了高质量、大面积/大批量、畴区尺寸可调(从几百纳米到几十微米)单层MoS₂的可控制备; 利用低能电子显微/衍射实现了直接生长的单层MoS₂畴区取向和畴区边界的原位识别; 利用金箔上合成的纳米尺寸MoS₂作为电催化析氢反应的催化剂, 实现了高效的析氢效果(塔菲尔斜率约61 mV/dec, 交换电流密度约38.1 μA/cm²). 本文将以这些研究成果为主线, 系统地阐述金箔上单层MoS₂的可控制备和转移、畴区的原位识别以及在电催化析氢反应中的应用, 并对该领域的未来发展趋势和所面临的挑战进行简要的展望.     

氧化钴在二氧化钛表面的单层分散及结构研究

利用X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)及扩展的X射线精细结构谱(EXAFS)对氧化钴在二氧化钛表面的分散及结构进行了系统研究。结果表明：氧化钴能够在二氧化钛表面实现单层分散,其分散阈值为每平方纳米的二氧化钛分布1．4个钴原子。当负载量小于分散阈值时,钴以二价存在并形成分立的钴氧六配位[CoO6];而当负载量大于分散阈值时,晶体Co3O4在二氧化钛表面形成,钴以两种形式存在,即分散态的钴氧六配位[CoO4]和晶态的Co3O4。实验还表明二氧化钛对二价钴具有明显的稳定作用。     

构筑三维有序介孔少层MoS2/C复合材料及其电化学析氢性能

本研究通过液相纳米铸造法,以SBA-15为硬模板,蔗糖为碳源,四硫代钼酸铵(ATTM)为MoS₂前驱体,合成了三维有序介孔结构少层MoS₂/C复合材料。该催化剂的三维有序介孔结构提供了较高的比表面积并为电化学析氢反应(HER)提供了物质和电子传输的通道,无定形碳的限制作用使少层MoS₂薄片均匀分散,暴露大量MoS₂的边缘活性位点,避免MoS₂团聚的发生,并增加了材料的导电性。在酸性条件下实现高效析氢,电流密度为10 mA/cm²时,过电位为165 mV,Tafel斜率为91.1 mV/dec。本研究为构建高比表面积和少层MoS₂均匀分散的三维结构HER催化剂提供了依据。     

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。     

TiO_2(B)纳米带光催化剂的制备及分解水产氢性能

经过钛酸四丁酯强碱溶液中水解→水热→质子交换→焙烧路线制备出Ti O2(B)纳米带.采用HRTEM、FESEM、XRD、UV-Vis、BET和光解水产氢反应等对催化材料的微观表面结构、光吸收性能以及光催化性能进行了研究.结果表明:该路线制备的Ti O2(B)纳米带反应条件温和,便于大批量合成.通过改变实验参数实现晶型结构和微观形貌的调变,且不同晶型结构和微观形貌的材料进行光催化分解水产氢活性对比,它们的活性顺序为:NaxH2-xTi3O7·n H2纳米管Ti O2(B)Ti O2(anatase)Na2Ti6O13,表明Ti O2(B)纳米带是一类较好的光催化分解水制氢半导体材料.提出了Ti O2(B)纳米带的可能经历了Na2Ti3O7→H2Ti3O7→H2Ti6O13→H2Ti12O25→Ti O2(B)的形成过程.     

二维单层MoSi2X4(X=N,P,As)的电子结构及光学性质研究

采用平面波超软赝势方法研究了二维单层MoSi₂X₄ (X=N, P, As)的稳定性、电子结构和光学性质. 研究结果显示, 基于单层MoSi₂N₄的两种同分异构体M1和M2所构建的六种晶体结构具有较好的动力学稳定性. 通过能带和有效质量的计算, 单层MoSi₂N₄在MoSi₂X₄ (X=N, P, As)六种晶体结构中显示出最宽的间接带隙和最高的载流子迁移率. 随后带边电位的计算结果表明, 单层MoSi₂N₄带边势分别为M1: –0.368、1.416 V, M2: –0.227、1.837 V, 其结果相较于MoSi₂P₄和MoSi₂As₄导带边电位更负, 价带边电位更正, 是六种晶体结构中最适合用作光催化剂的材料. 同时, 光吸收谱的计算结果显示, 单层MoSi₂N₄的光学吸收表现出明显的各向异性, 在可见光和紫外光波段内具有较强的光吸收能力, 说明其在可见光催化领域有着潜在的应用前景. 这些结果为进一步深入研究二维单层MoSi₂N₄在光催化水解领域的应用提供了理论指导.     

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。     

MoS2核壳球上氧掺杂的动力学调制及其电化学分解水效应

在氩气气氛中900℃煅烧前驱物MoS₂核壳超级球得到MoS₂核壳球。在升温速率为20、10、5、2℃·min^-1时,MoS₂核壳球上氧掺杂量分别从前驱物的23.1%降低到17.6%、10.8%、5.5%、6.2%。结果表明较低的升温速率可以导致更低的氧掺杂量。基于前驱物特殊的准分子超晶格结构,提出了原位阴离子交换反应机理,以深入理解MoS₂核壳球上氧掺杂的动力学调制机理。电化学性能研究表明通过调制氧掺杂量可以有效改善MoS₂核壳球电化学分解水的性能。     

MoS_2@Co_9S_8蛋黄壳复合材料的制备及其电化学性能

近年来,过渡金属硫化物已成为锂离子电池理想的负极材料之一。其中,MoS_2具有的独特二维层状结构使得其能够让Li+在电化学反应中可逆地嵌入和脱出,且拥有较高的理论储锂容量(670 m A·h/g)而受到广泛关注。但MoS_2作为典型的半导体材料,电导率低下且在锂离子嵌入-脱出的过程中会发生较大程度的体积收缩膨胀,所以具有较差的倍率性能和循环性能,限制了其商业化的使用。很多研究通过优化MoS_2结构或与其它导电材料复合来克服上述缺陷。Co_9S_8具有较高的电导率,但由于其迟缓的离子传输动力学表现出低的首次库仑效率及较差的循环稳定性,基于此,将MoS_2与Co_9S_8结合利用二者协同效应来提高复合材料的电化学性能。本文采用溶剂热与气相沉积法制备得MoS_2@Co_9S_8蛋黄结构复合材料电极。MoS_2与Co_9S_8均匀分布于整个蛋黄壳结构,这有利于电子和锂离子的快速传输,从而有效地提升了电极的循环性能和倍率性能。其次,蛋黄壳的空穴有效缓解了在充放电过程中的体积膨胀,及其活性位点有效缩短了离子和电子的传输距离,提高了电极反应动力学并获得高比容量。MoS_2@Co_9S_8蛋黄壳复合物的循环性能与倍率性能在同等条件下均高于Co_9S_8和MoS_2,在电流密度为0.2 A/g下循环500圈后,放电容量仍能维持在631.5 m A·h/g。     

Comparative study of MoS2 and Co/MoS2 catalysts prepared by ex situ/in situ activation of ammonium and tetraalkylammonium thiomolybdates

Ex situ and in situ decompositions of ammonium and tetraalkylammonium thiomolybdates were used to synthesize unsupported MoS₂ and CoMo catalysts. The ex situ activation was performed under a H₂S/H₂ flow whereas the in situ activation consists in decomposing the thiosalt precursors in the presence of a hydrocarbon solvent during the hydrodesulfurization (HDS) of dibenzothiophene (DBT). Particular attention was devoted to the use of carbon-containing precursors and to the synergetic effect of cobalt. Ammonium thiomolybdate (ATM), tetramethylammonium thiomolybdate (TMATM), and tetrapropylammonium thiomolybdate (TPATM) and their cobalt-promoted counterparts were studied. Catalysts were characterized by XRD, scanning electron microscopy (SEM) and specific surface area measurements (BET, BJH). Catalysts were evaluated for the HDS of DBT. The in situ method of preparation allows to obtain catalysts with larger superficial areas than those obtained with the ex situ method. The cobalt synergetic effect depends both on the method of activation and the presence of carbon in the precursor. For in situ activated catalysts, the promotional effect of cobalt is well-observed if carbon is present in the precursor while an opposite effect is shown for ex situ activated catalysts.     

新型二元相MoS2/C纳米管的合成和机理研究

在900 ℃氢气气氛下, 通过热分解载有硫代钼酸铵的碳纳米管前驱物得到MoS₂/C二元相纳米管. 通过粉末X射线衍射(XRD)、高分辨透射电镜(HRTEM)、扫描电镜(SEM)和X射线能量散射仪(EDS)等方法对其形貌、结构和成分进行了表征. 结果表明, 我们合成了一种由两种材料组成管壁的新型纳米管, 并对其形成机理进行了研究.     

High performance hybrid supercapacitor based on hierarchical MoS2/Ni3S2 metal chalcogenide

Herein, we synthesized hierarchical MoS₂/Ni₃S₂ structures as electrode materials grown on nickel foam by a facile hydrothermal strategy. The hierarchical MoS₂/Ni₃S₂ structures show high specific capacitance.     

2D Bi2WO6/MoS2 as a new photo-activated carrier for boosting electrocatalytic methanol oxidation with visible light illumination

A kind of new 2D heterojunction of Bi₂WO₆/MoS₂ was constructed and used as visible-light activated carrier for depositing Pt electrocatalyst. With assistance of visible light irradiation, Pt-Bi₂WO₆/MoS₂ composite shows enhanced electrocatalytic activity and stability towards methanol oxidation than traditional electrocatalytic process and commercial Pt/C.     

表面活性剂对水热法合成MoS2加氢脱硫催化剂的影响

采用水热法合成了MoS₂加氢脱硫催化剂,用物理吸附、XRD、SEM、TEM等手段对催化剂进行表征,并以噻吩为模型化合物研究不同类型表面活性剂对合成MoS₂催化剂活性的影响。结果表明,加入表面活性剂制备的催化剂颗粒疏松均匀,比表面积、孔容、孔径都较大,并且MoS₂层状堆叠数目增加;所制催化剂在噻吩加氢脱硫反应中均显示出较好的催化活性,在573 K、4.0 MPa条件下,噻吩加氢脱硫的转化率均大于97.0%,加入阳离子表面活性剂的Mo-S-C催化活性最高,噻吩转化率可达到99.9%。MoS₂催化剂的活性顺序为Mo-S-C>Mo-S-S>Mo-S-P>Mo-S-N。     

Thiophene hydrodesulfurization activity of MoS2/Al2O3 catalysts prepared via exfoliation. The effect of cobalt

In contrast to the bulk MoS₂, the structure of the active phase of the catalyst prepared via exfoliation is shown to exhibit a number of distortions, which form a superstructure of the type of the charge density waves with a quasi-period of 30 ?. Due to such distortions, the ions of cobalt firmly chemisorb on the basal plane of MoS₂ occupying, along the perimeter of the MoS₂ clusters, the regions with a lower energy of the Mo-S interaction. A synergetic increase in the catalyst activity due to the introduction of cobalt was observed up to the atomic ratios of Co/(Co+Mo) = 0.33, which is possible for the nanoparticles of MoS₂ with a diameter 200 ?, only if cobalt adsorbs on the basal plane. This revised version was published online in June 2006 with corrections to the Cover Date.