水热法合成MOS2层状材料及其结构表征

以硫脲为还原剂和硫源,利用水热法在160～220℃下反应,合成了具有很好晶相的MoS2．采用XRD,XPS和TEM对其进行了结构表征,比较了反应温度对于成晶的影响,并且讨论了反应机理．研究表明,用此种方法合成MoS2较以往的水热合成所用时间短,温度低,获得的晶相好,同时还有效地避免了使用吡啶等有机溶剂所带来的污染,为合成其他过渡金属硫化物提供了新途径．     

High‐Performance Platinum‐Free Dye‐Sensitized Solar Cells with Molybdenum Disulfide Films as Counter Electrodes

By using a radio‐frequency sputtering method, we synthesized large‐area, uniform, and transparent molybdenum disulfide film electrodes (1, 3, 5, and 7 min) on transparent and conducting fluorine‐doped tin oxide (FTO), as ecofriendly, cost‐effective counter electrodes (CE) for dye‐sensitized solar cells (DSSCs). These CEs were used in place of the routinely used expensive platinum CEs for the catalytic reduction of a triiodide electrolyte. The structure and morphology of the MoS₂ was analyzed by using Raman spectroscopy, X‐ray diffraction, and X‐ray photoemission spectroscopy measurements and the DSSC characteristics were investigated. An unbroken film of MoS₂ was identified on the FTO crystallites from field‐emission scanning electron microscopy. Cyclic voltammetry, electrochemical impedance spectroscopy, and Tafel curve measurements reveal the promise of MoS₂ as a CE with a low charge‐transfer resistance, high electrocatalytic activity, and fast reaction kinetics for the reduction of triiodide to iodide. Finally, an optimized transparent MoS₂ CE, obtained after 5 min synthesis time, showed a high power‐conversion efficiency of 6.0 %, which comparable to the performance obtained with a Pt CE (6.6 %) when used in TiO₂‐based DSCCs, thus signifying the importance of sputtering time on DSSC performance.     

MoS2/Zn3In2S6复合光催化剂构建:高效提升可见光驱动甲酸制氢

虽然传统的化石燃料依然能够满足当今快速工业化发展对能源的巨大需求,但其固有的不可再生性及其燃烧产物对环境的污染,严重阻碍了其在生产和生活中的广泛使用.因此,可持续清洁能源开发的研究已快速成为人类研究的热点.氢是一种具备高热值、可持续等优点的清洁能源,也兼备成本及污染低等优势.甲酸(FA)以其无毒、低成本、氢含量高等优点,是一种潜在的热门储氢材料,而可见光占太阳光谱的43%左右.因此,开发高效可见光催化剂驱动FA制氢将是一种应对能源危机的有效途径.许多传统光催化剂已被用于可见光催化FA制氢,但制备成本高、过程复杂、条件苛刻及可见光响应差、稳定性和选择性差、有毒气体释放等缺点严重限制了其光催化性能.光催化研究关键之一是实现光生电荷的高效率分离和转移,从而光催化剂光催化性能的提高.Zn3In2S6(ZIS6)因具有强可见光吸收、稳定性好及环保等特点正迅速成为光催化剂半导体的“明星”,常与助催化剂(如贵金属Pt、Au、Pd等)复合形成异质结以促进光生载流子分离和提高其光催化活性,但制备成本高等因素却严重限制其发展.将成本低、化学稳定性好的MoS2与其它半导体耦合也是提高半导体光催化剂性能的有效手段之一,但高温、热处理时间长及有毒气体释放等却成了制约因素.本文选用价格低廉的反应前驱体,采用简单的一锅法水将MoS2紧密地结合到ZIS6的表面,热制备了一系列含有不同质量百分比MoS2的MoS2/Zn3In2S6(MoS2/ZIS6)复合光催化剂,有效降低了制备成本和有毒气体(H2S)的释放.结果表明,可见光照射下(λ>400 nm),MoS2的引入可大大提高ZIS6光生电荷分离效率及制氢活性,尤其以0.5%MoS2/ZIS6性能最优,光催化制氢速率高达74.25μmol·h^-1(量子效率约2.9%),约ZIS6的4.3倍(17.47μmol·h^-1).XRD结果表明,MoS2/ZIS6样品中含有无定型MoS2紧密固定在晶型ZIS6片状结构表面,未影响ZIS6晶型,SEM表征也证实了此结果.随后的TEM、HRTEM及EDX结果也进一步确认了各组成元素的存在和分布.采用XPS对元素化学环境进行了分析,通过S和Mo元素的成键能变化证实了MoS2和ZIS6间的紧密接触.UV-Vis DRS测试表明,MoS2/ZIS6可以利用可见光在适当带隙的基础上进行光催化制氢.通过BET、PL和电化学技术研究了比表面积、光生电荷分离和传递速率等对光催化性能的影响.最终,结合上述表征结果成功阐述了可见光驱动FA制氢的反应机理.     

Tuning the Intrinsic Activity and Electrochemical Surface Area of MoS2 via Tiny Zn Doping: Toward an Efficient Hydrogen Evolution Reaction (HER) Catalyst

Molybdenum sulfide (MoS₂) is considered as an alternative material for commercial platinum catalysts for electrocatalytic hydrogen evolution reaction (HER). Improving the apparent HER activity of MoS₂ to a level comparable to that of Pt is an essential premise for the commercial use of MoS₂. In this work, a Zn-doping strategy is proposed to enhance the HER performance of MoS₂. It is shown that tiny Zn doping into MoS₂ leads to the enhancement of the electrochemical surface area, increases in proportion of HER active 1T phase in the material and formation of catalytic sites of higher intrinsic activity. These benefits result in a high-performance HER electrocatalyst with a low overpotential of 190 mV(@10 mA cm⁻²) and a low Tafel slope of 58 mV dec⁻¹. The origin for the excellent electrochemical performance of the doped MoS₂ is rationalized with both experimental and theoretical investigations.     

基于MoS2/氮掺杂石墨烯纳米复合材料灵敏电化学传感器检测镉(II)

基于S-Cd和N-Cd的亲和作用,利用一锅法制备了MoS2-掺氮石墨烯(NG)新型纳米复合材料。采用方波溶出伏安法实现了Cd²⁺的灵敏测定。在最优实验条件下,Cd²⁺的溶出峰电流与Cd²⁺的浓度在0.01~20μmol/L范围内呈线性关系(R²=0.996),检出限为2.50 nmol/L。该传感器可用于监测实际样品中Cd²⁺。     

纳米MoS2薄膜的浸涂—热解法制备和摩擦学性能研究

用浸涂 -热解法在玻璃基底表面制备了纳米 Mo S2 薄膜 ,利用 X射线光电子能谱仪、X射线粉末衍射仪、原子力显微镜、静 -动摩擦系数测量仪和扫描电子显微镜等仪器研究了薄膜的微观结构、表面形貌和摩擦学性能 ,初步探讨了薄膜的摩擦磨损机制 .结果表明 :浸涂 -热解法制备的 Mo S2 薄膜由近似非晶的纳米微晶组成 ,薄膜均匀、致密 ,表面粗糙度小 ;在室温干摩擦条件下 ,Mo S2 薄膜与 GCr15钢球对摩时显示出良好的抗磨减摩性能 ;当负荷为 1.0 N而滑动速度为 90 mm/ min时 ,其耐磨寿命大于 5 0 0 0次 ,摩擦系数最低可达 0 .12 .磨损表面形貌显微分析表明 :在低速和低负荷下薄膜的磨损机制主要是塑性变形和轻微粘着转移 ,而在较负荷和速度下的主要磨损机制为塑性变形和严重剥落     

The study of electronic and optical properties of ZnO/MoS2 and its vacancy heterostructures by first principles

Based on the first principles calculation, the effects of vacancies on the structural, electronic and optical properties of ZnO/MoS₂ heterostructure are investigated in this work. The results show that vacancies could exist stably in the heterojunctions and cause a significant decrease in bandgap. ZnO/MoS₂ with an O vacancy maintains semiconductor property with a bandgap of 0.119 eV, while heterostructure with a Zn vacancy exhibits metallic characteristic. Furthermore, the absorption capability of defective heterojunctions has been extended to infrared light region with obvious redshift. To sum up, vacancy engineering effectively changes the electronic and optical properties of ZnO/MoS₂ heterostructure, which provides a feasible approach for adjusting the optoelectronic properties of two-dimensional heterostructures and broadening their application in functional nanoelectronic and optoelectronic devices.     

二维MoS2/WSe2异质结的光电性能研究

近年来基于二维半导体过渡金属硫族化合物如MoS₂的光电晶体管被广泛研究。虽然基于单层MoS₂的光电探测器表现出较高的响应度,但是其较低的载流子迁移率也限制了响应时间,约在秒量级。二维半导体的相互堆垛可以形成具有低缺陷态且空间均匀的范德华异质结构,是提高二维光电探测器性能的有效途径。基于此本文通过机械剥离转移法构筑MoS₂/WSe₂垂直pn异质结,其较强的空间电荷区能有效地分离光生载流子,所以在自驱动状态下仍具有较好的光电探测能力,光响应度和探测率分别达到2.12×10³ A/W和2.33×10¹¹ Jones,同时极大地缩短了响应时间,响应时间达到40 ms。这种二维异质结器件制备方法简易,性能优异,在光电子领域具有广阔的应用前景。     

MoS_2纳米片及其增强环氧树脂基复合材料的制备与性能研究

以液相分散法为基础制备了MoS2纳米片悬浮液.对该悬浮液进行了吸光性能和荧光性能表征;结果显示悬浮液荧光信号明显增强;同时得到增加超声时间、降低离心转速、采用粒径较大的块状粉末和加入球磨工艺这些因素是可以提高悬浮液的吸光度的优化工艺条件.采用微区荧光测试测得了单个MoS2纳米片的荧光光谱,其主峰位置在652 nm,对应的带隙能量是1.9 e V;还对单个纳米片进行退火处理,其荧光信号在退火后有所增强.对MoS2纳米片进行了AFM和SEM表征显示大部分纳米片的平面尺寸在几百纳米,厚度约为几纳米.另外,将MoS2纳米片悬浮液与E51环氧树脂混合,制备了MoS2纳米片增强环氧树脂基复合材料.对该复合材料进行了荧光性能和拉伸性能测试.结果显示复合材料的荧光信号也明显增强;且经退火后,因为复合材料内部残余热应力的关系,该复合材料的荧光信号的峰值位置出现移动.同时,该复合材料的韧性也有提升.     

高分散超薄二硫化钼/硫、氮共掺碳复合材料的电催化析氢性能

氢气是一种清洁可再生能源,有望在未来替代化石燃料成为最主要的能源物质.电催化析氢技术是最有效的产氢途径之一.目前,电催化析氢催化剂主要是贵金属铂,由于其昂贵的价格限制了它的大规模应用.所以在不减少催化剂活性的前提下尽量减少贵金属的使用或者寻找替代物质,降低成本是工业化大规模使用析氢反应(HER)催化剂的前提.二硫化钼基催化剂因其价格低廉、资源丰富且具有优异的催化析氢性能而引起研究者的广泛关注.实验和理论研究都证明了二硫化钼的催化性能和其催化活性位点有关.所以,开发一种具有丰富的活性位点、良好的导电性的二硫化钼基催化剂可以获得高的产氢性能和良好的稳定性.因此,对于提高MoS2的电催化析氢性能的研究主要集中于增加MoS2暴露活性位点的个数和导电性.然而,二硫化钼层与层之间的相互作用可能导致其发生聚集,较低的导电率都有可能降低它的电催化活性.我们通过水热的方法直接制备出了固体的硫、氮共掺杂的、具有石墨化结构的碳复合材料(SNC).将钼酸钠加入到反应中后,多钼酸盐通过化学交互作用均匀地嵌入、分散到SNC中.经高温处理后,SNC放出S2-,多钼酸盐结合S2-生成二硫化钼.SNC有效地防止了二硫化钼聚集成大的颗粒.我们成功地制备出具有较好析氢性能的、高度分散于SNC中的二硫化钼纳米片.通过透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、元素分析、X射线光电子能谱(XPS)等测试手段对材料进行了表征,通过电催化析氢、电化学阻抗以及稳定性测试等手段研究了其电催化性能.由MoS2/SNC-900-12h的TEM图片可以看出,二硫化钼纳米片高度分散于碳复合材料中,且层数只有一到几层,暴露出了更多的催化活性位点.拉曼光谱图的D带(1341 cm-1)和G带(1584 cm-1)体现出了材料具有较好的石墨化结构,提高了材料的导电性.XPS C 1s谱图中存在C–S和C–N键,S 2p谱图中存在C–S–C、C=S和C–SOx–C键,N 1s谱图中存在吡啶氮和石墨氮,结合元素分析,说明该碳材料确为硫氮共掺杂的碳;Mo谱测试显示出Mo 3d5/2(229.4 eV)和Mo 3d3/2(232.6 eV),证明了二硫化钼成功地嵌入到了碳材料中.电化学性能表征显示MoS2/SNC-900-12h在H2SO4溶液(0.5 mol/L)中展现出较低的起始电位(115 mV)以及低的过电位(237 mV).电化学阻抗测试显示在H2SO4溶液(0.5 mol/L)中过电位为?0.2 V(vs.RHE)时Rct只有124Ω.此外,在?0.3–0 V(vs.RHE)下,经5000圈稳定性测试后性能只有约2.6%(10 mA/cm2)的衰减,说明MoS2/SNC-900-12h同样具有优异的电化学稳定性.