MoS2电催化剂的制备及性能研究第二章计算及实验原理
mos2水相合成
mos2水相合成
MoS2是一种二维材料，具有广泛的应用潜力。
它可以通过水相合成方法制备。
下面是一种常见的MoS2水相合成方法：
1. 准备材料：准备硫酸铵（(NH4)2SO4）、硝酸铵（NH4NO3）、钼酸铵（NH4MoO4）等化学品，还需要一定量的去离子水。
2. 制备前驱体溶液：将硝酸铵、硫酸铵和钼酸铵按照一定比例加入去离子水中，搅拌混合直至溶解。
3. 调节溶液pH值：使用盐酸或氨水等试剂逐滴加入溶液中，调节pH值到特定范围，通常在2-5之间。
4. 添加还原剂：将适量的还原剂（如乙二醇）加入溶液中，以促进还原反应和形成MoS2纳米片。
5. 反应过程：将上述溶液转移到加热设备中进行水热反应，通常在高温（100-200摄氏度）和压力条件下进行，反应时间可以根据实验需求来决定。
6. 过滤和洗涤：将反应后的溶液通过滤纸或其他过滤器进行过滤，收集沉淀物。
接下来，用去离子水洗涤沉淀物多次，以去除杂质。
7. 干燥和表征：将洗涤后的沉淀物置于干燥箱中或使用真空干燥设备进行干燥，得到MoS2样品。
最后，可以使用一些表征技术（如扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X
射线衍射等）对其结构和性质进行分析。
需要注意的是，具体的合成方法可能会因实验条件、材料纯度以及所需产品形态的不同而有所调整。
另外，在操作过程中应注意安全，遵守相关实验室规范和操作指导。
二维二硫化钼(MoS2)及应用
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研究背景
石墨烯（Graphene）是二维结构的一个典 型代表，它只有一个原子层厚，达到了母体石 墨的几何极限。作为一个理想的二维量子体系， 在理论上Graphene并不是一个新事物。Wallace Philip 在20世纪40年代就对石墨烯二维量子体 系的电子结构开展了研究。几年后，石墨烯的 波函数方程被 J. W. Mcclur 成功推导得到。尽 管人们对Graphene的电输运性能提出过质疑， 但是并没有阻挡理论学家对石墨烯这个理想模 型结构的研究热情。
[1] Coleman J N, Lotya M, O'Neill A, etal. Two-dimensional nanosheets produced by liquid exfoliation of layered materials.Science,2011,331:568~571
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研究背景
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MoS2
早在1986年，就有人通过插入锂的方法成功剥离出单层二硫化钼。 2007年，世界上第一支纳米二硫化钼晶体管在美国马里兰大学问世，但由于其迁移 率并不理想因而并未引起太多注意。 2011年，Kis教授实验组在上发表了自己利用单层二硫化钼成功制造晶体管的文章， 引起轰动。 2011年11月，该实验组又报道了世界上第一只二硫化钼集成电路的成功研制。他们 将两只二硫化钼晶体管集成在一起，实现了简单的“或非”运算。 2012年，美国的Liu实验组报导了采用原子层沉积工艺制作的场效应晶体管，他们在 Al2O3绝缘衬底上使用23层，总厚度为15nm的二硫化钼纳米片层材料，成功制造出 双栅MOSFET，迁移率达到517cm2/V· s，是最初的纳米二硫化钼晶体管迁移率的10 倍。 同年，日本东京大学的Zhang实验组利用离子液体作为栅极绝缘体，使用纳米二硫 化钼材料成功研制出了双极型晶体管，其空穴和电子导电的开关比均大于102，实现 了较高的空穴迁移率。
MoS2的性能、制备及应用
范德华力，很容易插入有机基团或其他化
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MoS2纳米材料的制备
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1.高温硫化法：
①高温硫化法主要是指在高温条件下对钼单质或钼的氧化物
进行硫化来制备纳米 MoS2的方法，硫源包括单质硫和硫化氢气 体． 其中，对钼的氧化物进行硫化是最常见的，其主要反应机
理如式( 1) 、( 2) :
• 熔点1185℃ • 密度4.80g/cm3(14 ℃) • 莫式硬度1.0~1.5 • 1370 ℃开始分解，1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ00 ℃分解为金属钼和硫 • 315 ℃在空气中加热时开始氧化，温度升高，
氧化反应加快。
• 20M21/o5/9S2不溶于水，只溶于王水与煮沸的浓硫酸。4
MoS2的结构
• MoS2是一个典型的层状化合物，每个单元是 S-Mo-S的”三明治“结构，层内以共价键 紧密结合在一起，层间是以微弱的范德华 力结合在一起。其中Mo和S以共价键结合为 三方柱面体结构。
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2.水热法
（1）用摩尔比是1:3的钼酸钠（Na2MoO4·2H2O）和硫代乙
酰胺（CH3CSNH2 ）作原料再添加适当的催化剂。
CH3CSNH2 +2H2O → H2S + CH3COOH + NH3 4Na2MoO4 +9H2S → 4MoS2 +Na2SO4 +6NaOH + 6H2O （2）用NaS2和MoO3作原料在聚四氟乙烯做衬里的高压釜 中反应。
晶格畸变小，并且可以在不同的工艺参数条件下制得不同形貌和结
构的纳米 MoS2材料。高温硫化法还适合于制备各种不同种类的载
体催化剂，但是由于此方法属于气固反应，MoO3很难进行有效的
1T’-MoTe2电催化微纳器件制备及其氧化与性能关系研究
分类号学号M********* 学校代码10487 密级硕士学位论文1T’-MoTe2电催化微纳器件制备及其氧化与性能关系研究学位申请人：游辉学科专业：材料工程指导教师：翟天佑教授刘友文副教授答辩日期：2019年5月14日A Dissertation Submitted in Partial Fulfillment of the Requirementsfor the Degree of Master of Engineering1T’ MoTe2-based On-chip Electrocatalytic Microdevice: a Platform to Unravel Oxidation-dependent ElectrocatalysisCandidate : Y ou HuiMajor : Materials EngineeringSupervisor : Prof. Zhai TianyouAssoc. Prof. Liu Y ouwenHuazhong University of Science and T echnologyWuhan 430074, P. R. ChinaMay, 2019独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。
对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
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mos2电催化还原二氧化碳
mos2电催化还原二氧化碳
二硫化钼（MoS2）是一种具有催化活性的材料，可以用于催化还原二氧化碳（CO2）。
在电催化还原二氧化碳中，MoS2可以作为催化剂，促使CO2分子从气相转化为可利用的碳源。
电催化还原二氧化碳通常是在电解池中进行的，其中包含了一个正极和一个负极。
当给定足够的电压时，负极上的MoS2催化剂会吸附CO2分子，并促使其发生还原反应，产生有机物。
这些有机物可以被用作燃料或其他化学品的前体。
MoS2催化剂的活性取决于其表面结构和组成。
通过调控MoS2的形貌、晶体结构和缺陷位点等因素，可以优化其催化性能，提高CO2的还原效率。
尽管MoS2催化剂显示出潜力，但目前仍然存在一些挑战。
其中一个关键问题是如何提高催化活性和选择性，以实现高效的CO2转化。
此外，催化过程中可能会产生副产品或伴随着竞争反应，这也需要加以解决。
虽然电催化还原二氧化碳是一个具有挑战性的研究领域，但它具有重要的应用潜力。
通过利用MoS2等催化剂，可以将二氧化碳转化为有用的化学品，从而实现对大气中CO2排放的减少，并促进可持续发展。
二硫化钼薄膜晶体管制备
二硫化钼薄膜晶体管制备一、前言二硫化钼（MoS2）是一种具有优异电学、光学和力学性能的二维材料，近年来受到了广泛的研究关注。
作为一种半导体材料，MoS2薄膜可以用于晶体管等电子器件的制备。
本文将介绍二硫化钼薄膜晶体管制备的相关内容。
二、制备方法目前，制备MoS2薄膜的方法主要有化学气相沉积法（CVD）、机械剥离法和溶液剥离法等。
其中，CVD法是最常用的制备MoS2薄膜的方法之一。
1. 化学气相沉积法CVD法是利用化学反应在基底上生长MoS2晶体。
该方法需要先在基底上生长一层金属催化剂（如Ni、Co或Pt），然后在高温下通过气相反应使金属催化剂与硫源反应生成MoS2晶体。
具体步骤如下：（1）清洗基底：将基底放入丙酮中清洗5分钟，然后用去离子水冲洗干净并吹干。
（2）沉积金属催化剂：将清洗后的基底放入含有金属催化剂的溶液中，在高温下进行沉积。
（3）沉积MoS2薄膜：将含有硫源和惰性气体（如Ar或N2）的气体流入反应室，通过控制温度和时间，使硫源与金属催化剂反应生成MoS2晶体。
（4）去除金属催化剂：将生长好的MoS2薄膜在高温下进行退火，使金属催化剂与MoS2分离。
2. 机械剥离法机械剥离法是通过机械力将MoS2晶体从其原始基底上剥离下来，然后再转移到另一个基底上。
这种方法可以制备大面积、高质量的MoS2单晶片。
具体步骤如下：（1）清洗原始基底：将原始基底放入丙酮中清洗5分钟，然后用去离子水冲洗干净并吹干。
（2）制备MoS2单晶片：将原始基底放入含有MoS2晶体的溶液中，在低温下进行生长。
生长完成后，使用粘性胶带将MoS2晶体剥离下来。
（3）转移：将剥离下来的MoS2晶体通过粘性胶带转移到另一个基底上。
3. 溶液剥离法溶液剥离法是通过在MoS2晶体上涂覆一层聚合物，然后将其浸泡在化学试剂中，使聚合物与MoS2分离。
这种方法可以制备大面积、高质量的MoS2薄膜。
具体步骤如下：（1）清洗基底：将基底放入丙酮中清洗5分钟，然后用去离子水冲洗干净并吹干。
二硫化钼及其复合材料的制备与应用
二硫化钼及其复合材料的制备与应用二硫化钼（MoS2）是一种常见的二维材料，具有广泛的应用前景。
制备和应用技术的研究对于开发其潜在的应用具有重要意义。
本文将讨论关于二硫化钼及其复合材料制备和应用的相关内容。
谈到了二硫化钼的制备方法。
传统的制备方法主要包括化学气相沉积（CVD）、气体相硫化法、机械合成法、水热法等。
CVD是一种常用的方法，通过在高温下将金属硫化物分子在基底上分解沉积，形成二硫化钼薄膜。
机械合成法则是将金属硫化物与硫反应，通过机械装置将其研磨并制成纳米颗粒。
水热法则是利用水热反应条件，在高温高压下将硫与金属离子（如钼离子）反应生成纳米级的二硫化钼颗粒。
介绍了二硫化钼复合材料的制备方法。
二硫化钼复合材料的制备通常涉及将二硫化钼与其他材料进行复合。
常见的复合材料包括二硫化钼/石墨烯复合材料、二硫化钼/多壁碳纳米管复合材料等。
这些复合材料的制备方法一般包括物理混合法、化学沉积法、电化学沉积法等。
制备二硫化钼/石墨烯复合材料时，可以通过机械混合法将二硫化钼颗粒与石墨烯颗粒混合，然后用化学还原法将其还原成复合材料。
然后，探讨了二硫化钼及其复合材料的应用。
由于其独特的物理和化学性质，二硫化钼及其复合材料在电子器件、光电器件、催化剂、传感器、润滑剂等领域具有广泛的应用。
二硫化钼薄膜可以作为电子器件中的场效应晶体管（FET）的通道材料，用于制备高性能的电子器件。
二硫化钼/石墨烯复合材料可以用于制备高性能的电池电极材料，提高电池的能量存储性能。
二硫化钼复合材料还可以用作催化剂，在化学反应中起到催化作用。
mos2纳米片电化学器件
mos2纳米片电化学器件MoS2纳米片电化学器件是一种基于二硫化钼（MoS2）纳米材料的电化学器件，具有广泛的应用前景。
本文将从MoS2纳米片的制备方法、电化学性能以及应用领域等方面进行探讨。
我们来了解一下MoS2纳米片的制备方法。
MoS2纳米片通常可以通过机械剥离、化学气相沉积（CVD）以及液相剥离等方法来制备。
其中，机械剥离方法是最早被发现的制备MoS2纳米片的方法，其原理是通过机械剥离的方式将MoS2层剥离成纳米厚度，得到MoS2纳米片。
而CVD方法则是通过将Mo和S原料气体在高温下反应生成MoS2纳米片。
液相剥离方法则是将MoS2层沉积在基底上，然后通过化学溶剂或机械剥离的方式将MoS2层剥离成纳米片。
我们来了解一下MoS2纳米片的电化学性能。
MoS2纳米片具有较大的比表面积和优良的电子传导性能，使其在电化学领域具有广泛的应用。
研究表明，MoS2纳米片在电催化、电化学储能和传感等方面具有出色的性能。
例如，在电催化领域，MoS2纳米片可作为催化剂用于氢气、氧气和甲醇等电催化反应中，具有较高的催化活性和稳定性。
在电化学储能领域，MoS2纳米片可用作超级电容器和锂离子电池的电极材料，具有高的比容量和长的循环寿命。
此外，MoS2纳米片还可以应用于传感器的制备，用于检测环境中的气体、生物分子等。
MoS2纳米片电化学器件的应用领域十分广泛。
首先，在能源领域，MoS2纳米片可用于催化剂的制备，提高能源转化效率，如燃料电池和光电催化等。
其次，在电子器件方面，MoS2纳米片可用于制备柔性电子器件，如柔性显示屏和柔性电子封装等。
此外，MoS2纳米片还可以应用于生物传感器的制备，用于检测生物分子和疾病标志物等。
另外，MoS2纳米片还可以应用于环境监测，如气体传感器和水质传感器等。
MoS2纳米片电化学器件具有制备方法简单、电化学性能优良以及广泛的应用领域等优点。
随着纳米技术的不断发展，相信MoS2纳米片电化学器件将在未来的科技领域中发挥更加重要的作用。
mos2电催化析氢
mos2电催化析氢简介随着能源危机的逐渐加剧，氢能作为一种绿色、清洁、高效的能源逐渐受到人们的关注。
水是氢能源的重要来源之一，但需要通过水电解才能转化为氢，且传统的水电解方式能耗较高。
因此，发展低成本、高效率、环境友好的水电解技术是解决氢能问题的关键。
在此背景下，电催化析氢技术应运而生。
电催化析氢是利用内部的还原反应和氧化反应来催化水分解进而生成氢气的一种技术。
其中，一种被广泛研究的电催化析氢材料是二硫化钼(MoS2)。
MoS2的电催化析氢机理MoS2材料因其独特的结构和性质，成为很多电催化系统的理想材料之一。
MoS2的晶体结构类似于石墨，是由层状的硫化钼MoS2由S-Mo-S单层堆垛而成的。
每一层都是具有金属性质的MoS2，同时在层与层之间的S-S键可以形成键键作用，使得整个结构更加紧密和稳定。
MoS2的电催化析氢机理可以分为两步，如下图。
第一步是在阳极上发生的水氧化反应，即：2H2O → O2 + 4H+ + 4e-，此反应需要能量的输入。
第二步是在阴极上的还原反应，即：4H+ + 4e- → 2H2，此反应释放出能量。
通过两个反应的结合，就可实现水的电催化析氢。
MoS2在电催化析氢中的应用进展近年来，MoS2在电催化析氢方面被广泛研究。
研究表明，MoS2的制备方法、晶体结构形态以及掺杂等因素都会影响其催化性能。
以下是一些近年来的进展：制备方法MoS2可以通过化学气相沉积法、水热法、硫化热分解法、氧化还原法等方法制备。
其中，水热法制备的MoS2具有比较高的电催化活性。
此外，利用石墨烯为载体，将MoS2制备成二维纳米结构也能有效提高其电催化性能。
晶体结构形态MoS2有多种晶体结构，包括1T-MoS2、2H-MoS2、3R-MoS2等，其中2H-MoS2是最稳定的一种晶体结构。
已有研究表明，不同的晶体结构形态会对MoS2的电催化性能产生不同的影响。
如，研究发现，由1T-MoS2转变为2H-MoS2时，MoS2的电催化性能会有所提高。
MoS2电催化剂的制备及性能研究-第一章-绪论
MoS2电催化剂的制备及性能研究-第⼀章-绪论第1章绪论1.1 课题背景及研究的⽬的和意义从⼑耕⽕种的原始社会到科技发展⽇新⽉异的今天，⼈类的⽣存及发展都与能源的消耗息息相关。
能源是⼈类社会发展的基础，也是限制社会发展的重要因素。
随着煤、⽯油、天然⽓等化⽯能源的急剧消耗，探索新能源已经迫在眉睫。
为了⼈类社会的可持续发展，各国都在⼤⼒开发可再⽣能源，以最⼤限度地减少有害物质和温室⽓体排放，从⽽实现能源⽣产和消费的⾼效、低碳、清洁发展。
近年兴起的太阳能、风能、核能等可再⽣能源⼜存在随着地域和时间等变化⽽涨幅不定等诸多问题。
因此探索稳定且可直接为⼈所⽤的电能或燃料能源已成为⼈们迫切需要解决的问题[1]。
图1-1 清洁能源的利⽤氢⽓，作为⼀种⾼效、洁净⽆污染的能源，在地球上有丰富的储备，且制备⽅法多种多样。
这些优点⾜够让它成为继化⽯能源后，⼈们所依赖的最重要的能源之⼀[2]。
要想发展氢⽓这种清洁能源，制氢当然是第⼀个需要解决的问题。
制氢的⽅法⼤概分为两⼤类，即化⽯燃料制氢和可再⽣能源制氢。
⽽使⽤化⽯燃料制氢过程中会不可避免地产⽣⼆氧化碳等温室⽓体。
因此使⽤清洁⽅式制氢便成为了科学家们研究的瓶颈。
众所周知⽔中含有⼤量的氢元素，通过电解⽔制取氢⽓是实现氢⽓量产的有效途径[3]。
作为析氢反应(Hydrogen Evolution Reaction，HER)的催化剂，贵⾦属Pt具备极低的过电压和⾼效的催化活性，被⼴泛应⽤于HER中。
但因Pt的资源稀缺性和⾼昂价格，开发⾼性能低成本的HER催化剂仍然具有相当⼤的挑战性。
寻找⼀种替代贵⾦属的优良催化剂是解决该问题的最好途径。
近年来科学家们将⽬光聚焦在过渡⾦属催化性能的研究上，过渡⾦属的纳⽶材料如锰、钴、镍、钼等均表现出⼀定的析氢反应催化性能[4]。
其中，MoS2因其具有类⽯墨烯的⼆维结构⽽备受关注。
MoS2具有近似贵⾦属铂的氢吸附⾃由能，表现了优异的催化析氢性能，且MoS2资源丰富、价格低廉、是潜在的⾼效制氢催化剂。
二维层状材料MoS2和WS2的制备及其锂离子电池电极性能研究
二维层状材料MoS2和WS2的制备及其锂离子电池电极性能研究二维层状材料MoS2和WS2的制备及其锂离子电池电极性能研究引言：随着现代社会对高能量密度和高稳定性的需求增加，锂离子电池作为一种高效、可靠的能源储存技术，受到了广泛关注。
然而，传统的锂离子电池电极材料的能量密度和循环寿命有限，为了提高锂离子电池的性能，研究人员开始探索新型二维层状材料MoS2和WS2作为电极材料的潜力。
一、二维层状材料MoS2和WS2的制备方法1. 机械剥离法机械剥离法是一种常用的制备二维层状材料的方法。
通过机械力来剥离MoS2和WS2的多层结构，得到单层或少层的材料。
这种方法简单易行，但是产率较低，容易受到机械力的不均匀作用而形成缺陷结构。
2. 化学气相沉积法化学气相沉积法是一种通过在高温下使金属源和硫化物源在气相中发生反应形成MoS2和WS2的方法。
该方法可以制备大面积、高质量的二维层状材料，但是需要高温环境和较长的反应时间。
3. 水热法水热法是一种在高温高压的水环境中形成二维层状结构的方法。
通过调控反应温度和时间可以得到具有不同形态和尺寸的MoS2和WS2。
这种方法制备的材料结构较为均匀，但是受到水热条件的限制，产率相对较低。
二、二维层状材料MoS2和WS2在锂离子电池电极中的应用研究1. MoS2和WS2的电化学性能MoS2和WS2作为锂离子电池电极材料，具有较高的理论容量和电导率，且能够实现良好的循环稳定性。
研究表明，MoS2和WS2在锂离子电池中表现出优异的锂离子嵌入/脱出能力和高容量保持率。
2. 二维层状材料的改性尽管MoS2和WS2具有较好的电化学性能，但其容量和循环寿命仍然有待提高。
为了改善这一问题，研究人员对MoS2和WS2进行了一系列的改性措施，包括在材料表面引入缺陷、掺杂其他元素以及纳米结构设计等。
这些改性方法能够提高材料的电化学性能，增强锂离子电池的循环寿命和容量保持率。
3. 二维层状材料与其他电极材料的复合应用为了进一步提高锂离子电池的能量密度和循环寿命，研究人员开始探索将MoS2和WS2与其他电极材料进行复合应用。
MoS2@ZnO异质结纳米材料的制备及光催化性能
MoS2@ZnO异质结纳米材料的制备及光催化性能张辉;宋海燕;阮舒红;黄雯倩;高志红【摘要】通过超声法制备了形貌均一的MoS2@ZnO异质结光催化材料.采用X 射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、光致发光光谱(PL)、光电流密度测试等方法对样品的形貌、结构及光催化性能进行了研究.扫描电镜结果表明,MoS2@ZnO 异质结复合材料由直径约20～40 nm的ZnO纳米球包裹的MoS2纳米片组成.光致发光光谱、光电流密度测试结果表明,MoS2的质量分数为1.0％的MoS2@ZnO异质结材料(最佳样品)能更有效地分离光生电子和空穴对,降低复合几率,提高其光催化效率.以初始质量浓度为15 mg/L的亚甲基蓝(MB)为模拟废水,研究纯ZnO纳米球和MoS2@ZnO系列异质结复合材料在250 W Xe灯下的光催化活性,结果表明最佳样品MoS2@ZnO异质结材料对亚甲基蓝的光催化降解效率相比纯ZnO纳米球提高了l5.2％.并且经3次循环实验后,该材料的光催化性能基本不受影响,说明了其稳定性强.【期刊名称】《华南师范大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(051)001【总页数】7页(P35-41)【关键词】MoS2@ZnO;异质结;亚甲基蓝;光催化【作者】张辉;宋海燕;阮舒红;黄雯倩;高志红【作者单位】华南师范大学化学与环境学院,广州510006;华南师范大学化学与环境学院,广州510006;华南师范大学化学与环境学院,广州510006;华南师范大学化学与环境学院,广州510006;华南师范大学实验中心,广州510006【正文语种】中文【中图分类】P593自从1972 年FUJISHIMA 和HONDA 报道利用TiO2光解水以来，半导体光催化降解有机污染物已经成为一个潜在有效的解决方法[1]. ZnO 纳米材料具有廉价、无污染和光催化效率高等特点，使其在光降解有机物研究中占有重要的位置. 例如催化降解罗丹明B(RhB)、抗生素盐酸四环素(TC)和亚甲基蓝(MB)等污染物[2-4]. 然而，由于ZnO具有较宽的禁带宽度(3.37 eV)，使其只能吸收波长小于400 nm 的紫外光，光能利用率较低；光生电子和空穴的复合率高，载流子寿命短；同时光生电子和空穴在半导体材料中的迁移能力较弱. 这些都阻碍了 ZnO在光催化领域的进一步发展和应用[5-8]. 近年来，大量研究表明，ZnO与不同禁带宽度半导体材料的复合，可以在界面处建立界面异质结电场[9]，利用该电场对光生电子和空穴的分离作用，提高光生电子和空穴分离与转移能力，从而有效提高光催化效率[10-12]. KHANCHANDANI等[13]合成ZnO/In2S3核壳异质结光催化材料能促进电子和空穴的有效分离. YU等[14]通过对ZnO纳米结构进行表面改性的方法合成了CF@ZnO/CdS 异质结光催化复合材料，利用ZnO和CdS所形成的异质结界面有效降低光生电子空穴的复合，延长载流子的寿命，从而提高其光催化活性. 类石墨烯材料MoS2是一种新型的二维材料. 它不仅具有石墨烯的一些优异性质，而且作为窄带隙半导体(禁带宽度约为1.3～1.8 eV)，表现出良好的光催化活性，吸引了越来越多研究者的关注[15]. ZnO是n型半导体，而MoS2由于容易存在硫空穴也显示为n型半导体特性. MoS2晶粒和ZnO晶粒能紧密结合形成n-n型MoS2@ZnO异质结复合光催化材料，且在两相界面处由于内建电场的存在将有助于光生电子迅速从MoS2的导带转移到ZnO的导带上;同时光生空穴则聚集在MoS2的价带上，从而有效地抑制了光生电子和空穴的二次复合，提升了MoS2@ZnO异质结材料的整体光催化效率. 然而ZnO与MoS2复合的光催化剂仍存在制备复杂、禁带宽度难以控制、表面与界面效应差等问题[16].针对上述问题，本文合成了表面积较大的片状MoS2纳米材料，以增加MoS2与ZnO 晶粒之间的相互作用，增强复合材料的表面与界面效应. 研究了ZnO和MoS2@ZnO纳米材料的光催化性能.1 实验部分1.1 试剂与仪器Zn(CH3COO)2·2H2O、Na2MoO4·2H2O、三乙醇胺、CS(NH2)2、无水乙醇购自广州化学试剂有限公司，均为分析纯.X射线粉末衍射仪(XRD，D8 Advance型，德国Bruker)，采用Cu靶Kα(=1.540 56 nm)辐射，管电压为40 kV，管电流为40 mA，扫描范围5°～80°，用于观察样品的晶型; 场发射扫描电子显微镜(SEM，Zeiss Ultra 55型，德国Carl Zeiss)，用于观察材料的形貌和结构；X射线能量分析仪(EDX，ELEGRE型，北京意力博通)，用于测定产物的成分；紫外-可见分光光度计(UV-1700型，日本岛津)，用于测定665 nm处MB溶液的吸光度；光致发光光谱仪(PL，RF-6000，日本岛津)，激发光源波长为200 nm，测定不同样品的光致发光强度; 电化学分析仪(CHI660D型，上海辰华)，使用三电极体系，采用负载有催化剂样品面积为0.5×0.5 cm2的玻碳电极作为工作电极，铂电极作为对电极，Ag/AgCl电极作为参比电极，浓度为0.2 mol/L的Na2SO4溶液作为电解液，利用紫外光照射下测试的光电流密度-时间曲线来分析其光电化学活性.1.2 样品制备1.2.1 ZnO纳米球的合成准确称取0.500 0 g Zn(CH3COO)2 ·2H2O溶于120mL去离子水中，量取10 mL三乙醇胺加入到上述溶液中，超声分散30 min，再将混合溶液在90 ℃的水浴锅中反应30 min. 冷却至室温，收集沉积物，分别用去离子水和无水乙醇反复离心清洗，所得产物在烘箱中于60 ℃下干燥6 h得到ZnO纳米球.1.2.2 MoS2纳米片的合成称取0.390 1 g钼酸钠晶体Na2MoO4·2H2O溶于10 mL去离子水中，搅拌使其混合均匀; 称取0.937 6 g CS(NH2)2缓慢加入到上述溶液中，磁力搅拌1 h后，将反应液转移到100 mL高压反应釜中，在210 ℃下反应24 h，得到黑色固体，经乙醇和去离子水多次洗涤，再将样品放入烘箱中80 ℃下干燥6 h，得到黑色MoS2纳米片粉末.1.2.3 MoS2@ZnO异质结的合成称取50 mg制备的ZnO纳米球和适量的MoS2纳米片分散到50 mL乙醇中，并且超声2 h,然后将生成的悬浮液在水浴锅中100 ℃下搅拌加热，以去除乙醇，所得产物在真空干燥箱中80 ℃下恒温干燥10 h，收集样品. 制得MoS2质量分数分别为0.5%、1.0%和2.0%的MoS2@ZnO异质结光催化剂，分别标记为“MoS2(0.5%)@ZnO”、“MoS2(1.0%)@ZnO”、“MoS2 (2.0%)@ZnO”.1.3 亚甲基蓝的光催化降解动力学实验分别称取ZnO和含有MoS2不同质量分数的MoS2@ZnO复合纳米材料各0.100 0 g，超声分散在100 mL质量浓度为15 mg/L的MB溶液中，避光超声分散使其混合均匀，暗箱中磁力搅拌反应30 min. 然后用250 W的Xe灯作为光源，进行光催化降解实验，每隔10 min取样，用0.22 μm滤膜过滤，去除悬浮催化剂，终止反应. 测定MB溶液的吸光度，通过外标法转化为MB的质量浓度(ρt). 可计算出降解率:降解率=(ρ0-ρt)/ρ0×100%，(1)其中，ρ0和ρt分别表示MB在初始和t时刻的质量浓度.2 结果与讨论2.1 样品结构与形貌分析图1为ZnO和系列MoS2@ZnO异质结材料的XRD谱. 制备的ZnO纳米球在2θ=31.74°、34.40°、36.29°、47.50°、56.55°、62.91°和67.97°处出现了特征衍射峰，其峰强度与峰位与六方纤锌矿结构ZnO 标准衍射卡片(JCPDS No. 36-1451)一致，表明其结构均为六方晶系纤锌矿结构. 同时，未出现杂质峰，说明ZnO 样品具有较高的纯度，而且半宽峰较窄，表明其结晶度高.图1 不同样品的XRD谱Figure 1 The XRD patterns of different samples然而在MoS2@ZnO 异质结材料的XRD谱中末出现MoS2的特征衍射峰，这可能是MoS2在复合材料中含量低，分散度高，未能引起复合材料晶相的改变[17]. 半导体催化剂的尺寸和形貌对半导体催化剂的光催化活性影响很大[18]. 图2为ZnO纳米球、MoS2纳米片和MoS2(1.0%)@ZnO异质结纳米结构的SEM图. 图2 ZnO 纳米球、MoS2纳米片和MoS2(2.0%)@ZnO的SEM图Figure 2 The SEM images of ZnO nanospheres, MoS2 nanosheets andMoS2(2.0%)@ZnO利用热水解法制备的ZnO纳米球呈均匀分布状态，直径在20～40 nm之间(图2A). 水热法合成的MoS2为片状纳米花瓣状结构，层层堆叠(图2B). 图2C与2A 相比，从MoS2(2.0%)@ZnO异质结纳米结构中可以明显看出，ZnO 纳米球已嵌入到片状MoS2纳米层间，并被MoS2纳米片包裹着，这一结果说明MoS2@ZnO复合材料中可形成较多的异质结界面，有利于光生载流子的分离与迁移[19]，可提高MoS2@ZnO异质结纳米结构的光催化性能.MoS2(2.0%)@ZnO异质结的EDX 能谱(图3)图3 MoS2(2.0%)@ZnO的EDX 能谱Figure 3 The EDS spectrum ofMoS2(2.0%)@ZnO显示，该样品中含有Zn、O、Mo和S元素，其中Zn和O元素含量较高，说明ZnO占主要成分；同时含有少量的Mo和S元素，这主要是因为在复合材料中MoS2的质量分数小，同时也证明成功合成了MoS2@ZnO异质结纳米复合材料.2.2 光致发光性质图4为ZnO以及MoS2@ZnO异质结复合催化剂的光致发光光谱. 半导体材料在受到能量合适的入射光的激发后，可产生光生电子和空穴，当这些光生电子和空穴发生二次复合后会转换为光致发光信号，而光致发光强度与光生电子和空穴的复合速率呈正相关. 光致发光越强，光生电子和空穴复合越强烈，光生电子的寿命越短. ZnO和MoS2@ZnO异质结的发光峰波长都位于478 nm左右，该发射峰是电子从导带向锌空位形成的受主能级跃迁，该结论与文献[20]的理论计算结果一致，KOHAN等[20]的研究表明：ZnO中的点缺陷和缔合缺陷的能级跃迁能量为2.60 eV，相应发光峰波长为478 nm.图4 不同样品的光致发光光谱Figure 4 The PL spectra of different samples 与ZnO相比，MoS2@ZnO异质结复合材料的发光峰强度有所降低，这是因为ZnO与MoS2之间会形成n-n异质结电场，使在ZnO上产生的光生电子可以迅速转移到MoS2上，同时在MoS2上发生迁移，从而在一定程度上抑制了光生电子从导带向锌空位形成的受主能级跃迁，使其发光峰强度降低.MoS2(0.5%)@ZnO和MoS2(2.0%)@ZnO的发光峰强度明显大于MoS2(1.0%)@ZnO的，这是因为在MoS2(0.5%)@ZnO复合材料中MoS2引入量太少，无法形成足够多的n-n异质结电场，使ZnO上产生的光生电子及时转移到MoS2上，并不能有效降低电子-空穴复合效率；而在MoS2(2.0%)@ZnO异质结复合材料中，多余的MoS2又会形成光生电子和空穴的复合中心，使一部分光生电子和空穴发生二次复合，导致光致发光峰的强度反而增强,这不利于提高光催化性能.2.3 光电化学性能测试为了进一步表征制备材料光生电子-空穴的分离能力，测试了系列样品的光生电流密度-时间曲线. 光电流密度越大说明其光生电子-空穴复合率越低，光电响应越明显[21]. 图5是ZnO和系列MoS2@ZnO异质结复合材料在紫外光照射下的光生电流密度-时间曲线，所有异质结复合材料的光生电流密度均比ZnO的高，其中MoS2(1.0%)@ZnO的光生电流密度最高，说明其光生电子-空穴复合率最低，同时也观察到该样品在关灯后光电极上出现尖峰，这是因为，在开灯时光电流密度过大导致在关灯后电荷转移的低扩散造成的. 上述结果也与光致发光光谱的结果一致，说明MoS2(1.0%)@ZnO异质结复合材料能有效提高电子-空穴的分离能力.图5 不同材料瞬态光电流响应曲线Figure 5 The transient photocurrent responses of different materials在经历3个开、关灯循环后，可以看到光生电流密度逐渐下降，可解释为：在浓度为0.2 mol/L的Na2SO4溶液中，光照条件下的ZnO以及MoS2@ZnO异质结复合材料均存在一定的自身光腐蚀现象[17].2.4 光催化性能测试图6为各样品催化降解MB的动力学曲线，ZnO在光照80 min后，对MB的降解率为68.6%，而MoS2复合的质量分数为0.5%、1.0%和2.0%的MoS2@ZnO 对MB的光催化降解率分别为72.1%、83.8%和73.3%. 这一结果表明，MoS2的包裹使MoS2@ZnO纳米结构具有更优异的光催化性能. 其中MoS2(1.0%)@ZnO 异质结复合材料对MB的光催化降解效果最好，这一结果与光致发光光谱和光电流密度测试的结果一致. 当MoS2复合的质量分数为0.5%时，由于MoS2复合量过少，使复合光催化剂形成异质结界面的活性位点少，限制了MoS2(0.5%)@ZnO异质结复合材料对MB的光降解效率；当MoS2质量分数为2.0%时，由于MoS2是灰蓝色材料，它会吸收大量入射光，在MoS2与 ZnO之间存在对光的竞争，MoS2复合量过多会阻碍ZnO对光的吸收，导致MoS2(2.0%)@ZnO对MB的光催化效果下降.图6 不同材料对MB降解的动力学曲线Figure 6 The MB degradation dynamics of different materials由于催化剂的光催化性能稳定性在实际应用中非常重要,因此研究MoS2(1.0%)@ZnO异质结复合材料光催化降解MB性能的循环稳定性. 图7是MoS2(1.0%)@ZnO对MB溶液经过3次循环测试所得的降解曲线. 在3次循环中,MoS2(1.0%)@ZnO对MB的降解率依次为83.7%、83.7%和82.7%，循环使用对光催化活性影响不大,这说明MoS2(1.0%)@ZnO光催化降解MB溶液的重复性、稳定性很好.图7 MoS2(1.0%)@ZnO光催化降解MB的循环稳定性Figure 7 Recycling stability of MoS2(1.0%)@ZnO composite in the photocatalytic degradation of MB2.5 光催化机理由图4～6可知，MoS2@ZnO异质结明显提高了对MB的光催化降解活性,其中MoS2(1.0%)@ZnO的光生电子-空穴复合率最低，光催化降解活性最高.图8为光照射下MoS2(1.0%)@ZnO异质结的光催化机理图. 由于在MoS2@ZnO异质结中，ZnO的禁带宽度较宽，而MoS2的禁带宽度较窄，它们之间固有的能级差使得光生电子和空穴能够相对容易地在2种半导体材料间传递和迁移. 当入射光照射到MoS2@ZnO异质结光催化材料的表面后，ZnO与MoS2半导体材料均被激发，电子从半导体材料价带跃迁到导带形成载流子，在ZnO与MoS2半导体的两相界面处，由于n-n异质结内建电场的存在，载流子将在这些区域发生快速分离，光生电子由MoS2半导体的导带上迅速转移到ZnO半导体的导带上，同时，光生空穴从ZnO半导体价带向MoS2半导体的价带迁移，从而有效地抑制光生电子-空穴的二次复合，提高了光催化性能. 大量研究表明，适当的晶格缺陷可以成为俘获电子或空穴的陷阱，促进光生电子和空穴的分离[22]，在MoS2@ZnO异质结的ZnO晶格和MoS2晶格接触处会形成一些晶格缺陷，这种晶格缺陷也有利于抑制电子和空穴的复合，增加载流子的寿命从而提高光催化效率.图8 MoS2(1.0%)@ZnO光催化降解MB的机理Figure 8 Mechanism of MoS2(1.0%)@ZnO composite in the photocatalytic degradation of MBMoS2@ZnO异质结复合材料光催化降解MB的反应可以简单表示如下:ZnO+MoS2+hν→e-(ZnO)+h+(MoS2)HO2·+H2O→OH·+H2O2H2O2→2·OHh+(MoS2)+H2O→·OH+H+·OH+MB→CO2+H2O光生电子将聚集在ZnO的导带上并在吸附氧气后，生成超氧化物阴离子自由基这种超氧化物阴离子自由基和MoS2表面的空穴能够与水分子发生反应，生成具有强氧化性的·OH基团，可高效降解有机物MB[23]. 所以，MoS2@ZnO异质结复合光催化材料表现出了优异的光催化性能.3 结论通过简单的超声法合成了MoS2@ZnO异质结复合材料光催化剂. 采用XRD、SEM、光致发光光谱、光电流密度测试等方法对样品进行表征与分析，结果表明：(1)在MoS2@ZnO异质结复合材料中，ZnO纳米球表面包裹了MoS2纳米片，该结构能有效地分离光生电子和空穴对，使得它们的二次复合机会降低，从而提高其光催化效率; (2)光催化性能测试结果显示，MoS2@ZnO异质结复合材料表现出良好的光催化活性，其中MoS2复合质量分数为1.0%的MoS2(1.0%)@ZnO异质结材料对亚甲基蓝的光催化降解效率最高，相比纯ZnO的降解效率提高了15.2%，且具有很好的光催化循环稳定性. 因此，该材料作为一种经济型材料，在废水处理方面有非常好的应用前景.参考文献：【相关文献】[1] FUJISHIMA A,HONDA K. 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二硫化钼及其复合材料的制备与应用
二硫化钼及其复合材料的制备与应用二硫化钼（MoS2）是一种具有层状结构的二维材料，具有优异的力学、光学、电学等性质，在能源、电子学、传感器等领域具有广泛的应用前景。
本文将介绍二硫化钼及其复合材料的制备方法，以及其在不同领域中的应用。
一、二硫化钼的制备方法1. 机械法：将钼粉和硫粉按一定比例混合，放置于高能球磨机内进行机械合成，得到MoS2粉末。
2. 气-液相化学气相沉积法（CVD法）：将钼金属薄膜放入反应器内，在氢气和硫化氢的作用下，使其产生反应生成MoS2。
3. 氢热法：将钼粉和硫粉按一定比例混合，放置于高温高压反应釜内，在氢气气氛中加热至高温高压下进行反应，得到MoS2。
二、二硫化钼复合材料的制备方法1. 二硫化钼/石墨烯复合材料：将二硫化钼和石墨烯进行机械混合，或采用沉积法、还原法等方法制备。
2. 二硫化钼/氧化铜复合材料：将二硫化钼和氧化铜混合后，采用氢热法、水热法、沉淀法等方法制备复合材料。
3. 二硫化钼/氧化锌复合材料：将二硫化钼和氧化锌经过沉积法、水热法等方法制备复合材料。
三、二硫化钼在不同领域中的应用1. 能源领域：二硫化钼具有良好的界面电子传输特性和较高的催化活性，可以用于染料敏化太阳能电池、燃料电池等能源转换器件。
2. 电子学领域：二硫化钼作为p型半导体，可以搭配n型半导体形成pn结构，在光电探测器、发光器等器件中得到应用。
3. 传感器领域：二硫化钼有很好的气敏性能，可以用于氨气、二氧化碳等气体传感器的制备。
4. 生物医学领域：二硫化钼能够被生物体良好吸收，可用作药物催化剂或生物传感器。
综上所述，二硫化钼及其复合材料具有广泛的应用前景，在未来的研究和应用中将能够发挥重要作用。
MoS2电催化剂的制备及性能研究-第二章-计算及实验原理
第1章 计算及实验原理2.1引言研究MoS 2电催化性能首先需要知道其催化原理及催化性能如何测试。
本章主要从理论模型的计算和实验原理方向进行叙述：(1)介绍基于密度泛函理论的第一性原理，目的在于计算并理解MoS 2材料结构、形貌对于其催化性能的影响，寻找MoS 2电催化活性位点，对于正确设计实验起着必不可少的指导作用。
(2)介绍本文中主要使用的MoS 2电催化剂的制备方法原理，包括液相剥离法、水热法和微波辅助法，主要介绍了各种方法的原理及特点。
(3)介绍MoS 2电催化剂的电化学性能的测试和材料表征测试原理，包括：透射电子显微镜(TEM)、X 射线衍射(XRD)和X 射线光电子能谱(XPS)测试，并探索它们在本课题中的应用。
2.2理论计算为探究MoS 2这种材料对于电化学催化的活性位点，本文采用了基于密度泛函理论(Density Functional Theory ，DFT)的第一性原理计算方法。
第一性原理是指基于量子力学的方法，通过求解薛定谔方程获取多粒子系统的各种参数，如系统总能量、固体能带、热导率、光学介电函数等。
由于多粒子系统的复杂性使得直接求解这一系统的薛定谔方程并不现实。
在计算过程中，通过密度泛函理论近似，将粒子的物理性质用粒子态密度函数描述。
密度泛函理论由Hebenberg 和Kohn 提出，此外Kohn 和Sham 建立了科恩-沙姆(Kohn-Sham)方程[23]，该方程为进行密度泛函理论近似提供基础。
⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎬⎫=+'-''+==+-∇∑⎰=N i XC KS i i i KS r r r E r r r r d r v r V r E r r V 1i 22)()()(][)()()]([)()()]]([[ϕρδρρδρρϕϕρ其中(2-1)在求解Kohn-Sham 方程时需给出确定的交换关联能，常用方法包括由Kohn 和Sham 提出的局域密度近似法(Local Density Approximation ，LDA)和Perdew 等人提出的广义梯度近似法(Generalized Gradient Approximation ，GGA)。
MoS2电催化剂的制备及性能研究(仅供参考)
第1章MoS2材料的制备及催化性能研究3.1 引言本章主要从理论和实验两个方面对MoS2电催化剂进行研究，具体研究内容如下：(1)通过基于密度泛函理论的第一性原理对MoS2模型进行计算，探究MoS2的不同位置对氢原子的结合能力。
(2)通过液相剥离法制备了尺寸不同的MoS2纳米片，详细介绍了其制备工艺，并对其形貌表征及电化学性能进行分析。
(3)通过水热法制备了花状MoS2纳米材料，介绍了这种材料的制备方法，利用TEM、XPS等手段对其结构、成分进行分析。
利用LSV和CV法对其电化学性能进行分析。
3.2 理论模型及计算方法MoS2具有类石墨烯的二维结构，其基本结构层为Mo-S-Mo，层内原子以共价键相互作用，层之间以较弱的范德华力相互作用。
这种特殊结构使MoS2较容易被剥离，形成少层甚至单层的MoS2纳米材料。
这种材料在电化学析氢反应中表现出较好的催化活性，为了研究MoS2催化析氢反应的活性位点。
从而制备具有良好催化性能的催化剂，本课题首先应用了基于密度泛函理论的计算方法，在Material Studio软件中建立单层MoS2结构模型。
3.2.1 Materials Studio仿真软件介绍Materials Studio为美国Accelrys公司开发的一款软件，在该软件中可以搭建分子、晶体及高分子材料结构模型，并对这些材料进行相关性质的计算与预测。
被广泛应用于催化剂、化学反应、固体物理等材料领域。
Materials Studio软件包含多种算法模块，其中Visualizer为建模模块的核心，包含如Castep、DMol3、Discover、Amporphous、COMPASS等多个计算和分析模块。
本文主要利用CASTEP模块来完成计算和分析。
Castep模块中包含LDA 及GGA两种交换关联函数近似方法，在该模块下通过建立单层MoS2分子模型计算其对氢原子的吸附能力，从而确定MoS2的电催化析氢反应活性位点。
二硫化钼电催化2h相
二硫化钼电催化2h相英文回答：Molybdenum disulfide (MoS2) is a layered transition metal dichalcogenide with unique electrochemical properties that make it a promising candidate for electrocatalysis. In particular, the 2H phase of MoS2 has been shown to exhibit high activity and selectivity for a variety of electrochemical reactions, including the hydrogen evolution reaction (HER), oxygen evolution reaction (OER), and nitrogen reduction reaction (NRR).The 2H phase of MoS2 has a trigonal prismatic structure with a hexagonal lattice. The basal plane of the 2H phase is composed of sulfur atoms, while the edge plane is composed of molybdenum atoms. The 2H phase is the most stable phase of MoS2 under ambient conditions.The electrocatalytic activity of 2H MoS2 is attributed to its unique electronic structure. The 2H phase has adirect band gap of 1.9 eV, which is suitable for electrocatalysis. The valence band of 2H MoS2 is composed of Mo 4d orbitals, while the conduction band is composed of S 3p orbitals. The d-band of Mo is partially filled, which gives 2H MoS2 metallic conductivity.The electrocatalytic activity of 2H MoS2 can be further enhanced by doping or defect engineering. Doping with transition metals, such as Ni or Co, can introduce new active sites and improve the conductivity of 2H MoS2. Defect engineering, such as creating vacancies or edges, can also increase the electrocatalytic activity of 2H MoS2.2H MoS2 has been used as an electrocatalyst for a variety of electrochemical reactions, including the HER, OER, and NRR. In the HER, 2H MoS2 exhibits high activity and selectivity for the production of hydrogen. In the OER, 2H MoS2 exhibits high activity and stability for the production of oxygen. In the NRR, 2H MoS2 exhibits high activity and selectivity for the production of ammonia.2H MoS2 is a promising electrocatalyst for a variety ofelectrochemical reactions. Its unique electronic structure and high activity make it a potential candidate for use in electrolyzers, fuel cells, and other electrochemical devices.中文回答：二硫化钼（MoS2）是一种层状过渡金属二硫化物，具有独特的电化学性质，使其成为电催化剂的有希望的候选者。
二硫化钼纳米结构的设计与电催化析氢性能研究
二硫化钼纳米结构的设计与电催化析氢性能研究化石燃料的过度使用加剧了空气污染和全球变暖。
因此,开发一种洁净、可再生的化石燃料替代品变得日益迫切。
在开发各种替代能源的战略研究中,建设以氢为主要载体的能源基础设施,提供廉价、清洁的能源成为未来人们努力的方向。
因为水是一种丰富可再生的氢源,电解水为可持续制氢提供了希望,为满足氢能的再生提供了技术支撑,然而,电解水的成本较高,限制了这项技术的工业化应用。
目前商用的制氢电催化剂主要是铂(Pt)等贵金属,而开发出由地球上丰富元素组成的高效电催化剂,将会显著降低电催化的成本。
近年来研究者们通过在纳米科学和纳米技术领域取得的突破,已开发了性能优异的非贵金属催化剂,并取得了丰硕的成果。
其中,二硫化钼材料是过渡金属硫化物中最具有代表性的一种催化剂,由于其独特的层状结构和电化学活性,在电催化水分解领域的应用已受到广泛关注。
然而,目前二硫化钼电催化剂仍存在一定的问题:(1)基面无活性,只有边缘具有电催化活性,需要增大活性表面积;(2)本征催化活性位点较少,需要引入更多的缺陷或其他活性位点;(3)导电性较差,需要促进界面电荷转移等。
针对这些缺点,本文主要探究水热法制备纳米二硫化钼电催化剂,通过与碳、氮材料复合进一步增大活性表面积、提高活性位点数目并增强二硫化钼的导电性,进而提升其电催化析氢性能。
主要研究内容如下:1.将四水合钼酸铵、硫代乙酰胺和烧制好的石墨相氮化碳(g-C3N4)一同分散在水中,在水热反应釜中进行高温高压反应,合成了g-C3N4/MoS2复合催化剂,并对其形貌和电催化析氢性能进行了探究和表征。
MoS2和g-C3N4之间层状结构的相似性对电荷转移产生积极影响,促进了电催化析氢反应。
对比纯MoS2,g-C3N4/MoS2复合催化剂的纳米结构具有更高的电催化析氢性能,随着g-C3N4百分含量的增加,MoS2的电催化活性得到优化。
当g-C3N4含量为12.5 wt%时,电催化性能最优,在电流密度为-10 mA·cm-2时过电位仅268 mV,塔菲尔斜率为61.5 mV·dec-1。
《2024年MoS2基复合材料的制备及吸附、催化性能研究》范文
《MoS2基复合材料的制备及吸附、催化性能研究》篇一一、引言随着科学技术的飞速发展，纳米材料的研究已成为众多科研领域的热点。
在众多纳米材料中，MoS2基复合材料因其独特的物理和化学性质，如高比表面积、良好的电子传输性能和优异的化学稳定性，被广泛应用于吸附和催化等领域。
本文将重点研究MoS2基复合材料的制备方法，以及其在吸附和催化方面的性能。
二、MoS2基复合材料的制备MoS2基复合材料的制备主要包括原料选择、合成方法和后处理等步骤。
首先，选择合适的Mo源和S源是制备MoS2的关键。
目前常用的Mo源有钼酸铵、钼酸钠等，S源则主要有硫脲、硫化氢等。
其次，合成方法主要包括化学气相沉积法、液相法和溶胶凝胶法等。
最后，后处理过程如热处理、球磨等可以进一步提高材料的性能。
在本研究中，我们采用液相法结合热处理的方法制备MoS2基复合材料。
具体步骤如下：首先，将选定的Mo源和S源在适当的溶剂中混合，进行化学反应生成MoS2前驱体。
然后，通过热处理使前驱体转化为MoS2。
最后，通过球磨等方法得到MoS2基复合材料。
三、吸附性能研究MoS2基复合材料因其高比表面积和良好的孔隙结构，具有优异的吸附性能。
我们通过实验研究了MoS2基复合材料对不同污染物的吸附性能。
首先，选择常见的有机污染物如甲基橙、罗丹明B等进行实验。
将污染物溶液与MoS2基复合材料混合，观察吸附过程并测定吸附前后的污染物浓度。
实验结果表明，MoS2基复合材料对有机污染物具有良好的吸附性能，且吸附速率快、容量大。
此外，我们还研究了MoS2基复合材料的吸附机理。
通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）和X射线光电子能谱（XPS）等手段，分析了吸附过程中材料的表面性质和化学键变化。
研究发现，MoS2基复合材料通过物理吸附和化学吸附共同作用实现对污染物的去除。
四、催化性能研究MoS2基复合材料在催化领域也具有广泛的应用。
我们通过实验研究了MoS2基复合材料在光催化、电催化和加氢催化等方面的性能。
多相MoS2及其复合材料的制备与电化学性能研究
多相MoS2及其复合材料的制备与电化学性能研究多相MoS2及其复合材料的制备与电化学性能研究引言：二维过渡金属二硫化钼（MoS2）因其特殊的结构和卓越的电化学性能而成为能源存储和转换领域的研究热点。
然而，目前MoS2在电化学性能方面仍然存在一些挑战，例如其固有导电性差、容量衰减快等问题。
因此，研究人员通过制备多相MoS2及其复合材料来改善其电化学性能，提高其应用于能源领域的效率和稳定性。
1. 多相MoS2的制备方法1.1 水热还原法水热还原法是一种简单且有效的制备多相MoS2的方法。
首先，在压力容器中将硫源添加到Mo溶液中，形成硫酸钠（Na2S）和Mo溶液的混合物。
然后，将混合物置于高温高压的条件下反应一段时间，形成多相MoS2。
这种方法制备的多相MoS2具有高比表面积和良好催化活性。
1.2 气相沉积法气相沉积法是制备多相MoS2的另一种常用方法。
该方法通过在高温条件下以Mo源和硫源为原料，在惰性气氛中进行反应，形成多相MoS2。
该方法制备的多相MoS2结晶度高、均匀性好，适用于大规模制备。
2. 多相MoS2的电化学性能研究2.1 充放电性能多相MoS2作为电化学储能材料，其充放电性能是评价其电化学性能的重要指标之一。
通过循环伏安法和恒流充放电法测试多相MoS2材料的电化学性能。
结果显示，多相MoS2具有优异的充放电性能，高倍率充放电时能够保持较高的比容量和优秀的循环稳定性。
2.2 循环稳定性多相MoS2的循环稳定性对其在实际应用中的长期稳定性具有重要意义。
经过多次充放电循环后，多相MoS2材料通常会出现容量衰减等问题，这会大大限制其应用。
因此，研究人员通过制备多相MoS2和其他材料的复合材料以提高其循环稳定性。
例如，将多相MoS2与碳纳米管复合，可以形成具有优异循环稳定性的复合材料。
3. 多相MoS2复合材料的制备与电化学性能多相MoS2复合材料以其独特的结构和卓越的电化学性能在能源领域得到广泛研究。
mos2压电催化降解有机物的反应机理
mos2压电催化降解有机物的反应机理下载温馨提示：该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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第1章 计算及实验原理2、1引言研究MoS 2电催化性能首先需要知道其催化原理及催化性能如何测试。
本章主要从理论模型的计算与实验原理方向进行叙述:(1)介绍基于密度泛函理论的第一性原理,目的在于计算并理解MoS 2材料结构、形貌对于其催化性能的影响,寻找MoS 2电催化活性位点,对于正确设计实验起着必不可少的指导作用。
(2)介绍本文中主要使用的MoS 2电催化剂的制备方法原理,包括液相剥离法、水热法与微波辅助法,主要介绍了各种方法的原理及特点。
(3)介绍MoS 2电催化剂的电化学性能的测试与材料表征测试原理,包括:透射电子显微镜(TEM)、X 射线衍射(XRD)与X 射线光电子能谱(XPS)测试,并探索它们在本课题中的应用。
2、2理论计算为探究MoS 2这种材料对于电化学催化的活性位点,本文采用了基于密度泛函理论(Density Functional Theory,DFT)的第一性原理计算方法。
第一性原理就是指基于量子力学的方法,通过求解薛定谔方程获取多粒子系统的各种参数,如系统总能量、固体能带、热导率、光学介电函数等。
由于多粒子系统的复杂性使得直接求解这一系统的薛定谔方程并不现实。
在计算过程中,通过密度泛函理论近似,将粒子的物理性质用粒子态密度函数描述。
密度泛函理论由Hebenberg 与Kohn 提出,此外Kohn 与Sham 建立了科恩-沙姆(Kohn-Sham)方程[23],该方程为进行密度泛函理论近似提供基础。
⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎬⎫=+'-''+==+-∇∑⎰=N i XC KS i i i KS r r r E r r r r d r v r V r E r r V 1i 22)()()(][)()()]([)()()]]([[ϕρδρρδρρϕϕρ其中(2-1)在求解Kohn-Sham 方程时需给出确定的交换关联能,常用方法包括由Kohn 与Sham 提出的局域密度近似法(Local Density Approximation,LDA)与Perdew 等人提出的广义梯度近似法(Generalized Gradient Approximation,GGA)。
本文在计算时采用GGA 近似方法,这种方法认为电子密度就是非均匀的。
通过引入电子密度的梯度,得到GGA 近似下的交换相关能泛函:⎰∇=r d r r r r E xc GGA xc )](),([)()]([ρρερρ (2-2)2、3实验原理MoS 2纳米材料有许多种制备方法,主要分为物理方法与化学方法两大类。
如机械剥离法、液相剥离法、化学气相淀积法、水热法、电化学沉积法[24,25]等。
使用不同的制备工艺可以得到形态结构不同的MoS 2纳米材料。
本文为制备MoS 2纳米片及MoS 2纳米花,主要使用了液相剥离法与水热法。
2、3、1 液相剥离法液相剥离法制备MoS 2就是一种纯物理制备方法。
Jonathan N Coleman [26]于2011年详细报道了这种通过将过渡金属硫化物(Transition Metal Dichalcogenides,TMDs)溶于有机溶剂,经超声剥离后可大量制备少层纳米材料的方法。
这种方法能制备出层数少、缺陷少的高质量MoS 2纳米片,如图2-1所示。
图 1-1 液相剥离法制备的MoS 2纳米片TEM该方法可以选用多种有机溶剂,如N-甲基吡咯烷酮(NMP)、异丙醇(IPA)、二甲基甲酰胺(DMF)等。
由于MoS 2具有类石墨烯的片层结构,其层与层之间靠较弱的范德华力相互作用,易于分开。
当将一定量MoS 2粉末溶于有机溶剂中,在超声波环境超声数小时的过程中,有机溶剂会插入到MoS 2片层中,增加MoS 2层间距,进一步减弱范德华力,从而使其被剥离为多层乃至单层的MoS 2纳米片状材料。
通过控制超声功率可以获得尺寸大小不同的MoS 2纳米片。
利用液相剥离法可大批量、规模化地制备出结构完整的MoS 2纳米片。
这种方法操作简单,不易受环境变化影响。
但就是其制备周期较长,在实验室制备效率不高。
2、3、2 水热法水热法就是一种常见的制备特殊形貌结构MoS 2材料的一种方法。
通常来讲,水热法就就是指将前驱物置于密闭反应釜中,在液相条件下,通过控制反应时间、反应温度、压强等条件可改变制备出的MoS2材料的结构与形貌[27]。
水热法就是一种化学制备方法,本文具体采用了水热合成法。
在亚临界反应区(100℃-240℃)条件下,以水为反应介质,利用物质在较高温度下溶解度的变化与反应物间的相互作用[28]制备高纯度、结构可控的纳米材料。
水热法合成的MoS2纳米微球如图2-2所示。
图1-2 水热法制备的MoS2纳米微球这种方法对环境不存在污染,反应条件相对温与,只要控制好反应时间、温度与压强即可制备出花状MoS2纳米材料。
2、3、3 微波辅助法微波法可以在物质合成过程中较为精细地改变纳米材料的性质,控制其大小、形状与成分[29]。
其具体反映原理示意图如图2-3。
微波加热法因为具升温速度快、加热均匀,无温度梯度、环境友好等优点,近几年被广泛地应用于催化剂制备领域。
图1-3 微波法制备MoS2复合催化剂原理图本文中使用微波辅助乙二醇还原的方法就是微波法的一种。
这种方法在微波辐射环境下,利用乙二醇在碱性环境下表现出的较强的还原性,将金属粒子、氧化石墨烯等物质还原,并将MoS2均匀地分散、担载到这些材料上,以改进MoS2电催化剂的导电性。
2、4材料特性测试及表征原理2、4、1透射电子显微镜——材料形貌与结构测试透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope,TEM)利用高速电子撞击到非常薄的样品上产生的散射图像,对微纳米级的物质进行观察。
TEM最大的优势就就是它极高的分辨率。
光学显微镜的分辨率受入射光波长及光学系统数值孔径影响,其分辨率为:(2-3) 式中:——入射光波长;NA——光学系统数值孔径。
由于电子的德布罗意波长较短,使得在TEM下成像分辨率远高于光学显微镜,可达到0、1-0、2nm,放大倍数可达几十到几百万倍。
高速电子穿过样品后,携带的信息经由成像系统进行成像。
观测者由此可以获得关于该样品的形貌、结构、晶格缺陷、厚度等信息。
制备测试样品时只需将少量样品分散在乙醇中,超声分散均匀后小心滴在铜网上,真空干燥后即可进行测试。
2、4、2 X射线光电子能谱——材料成分测试X射线光电子能谱(X-ray Photoelectron Spectroscopy,XPS)基于光电效应原理,以X射线为探针,检测由材料表面发射出的光电子来获取信息。
当光束照射到样品上时,若入射光能量大于或等于该样品的逸出功,电子即可从该样品中逃出,成为光电子。
将表示为光电子动能,则ϕ(2-4) 式中:——逸出的光电子动能;——X射线总能量;——原子轨道结合能;ϕ——待测样品逸出功。
这些光电子大多为原子内层价电子,以光电子动能为横坐标,相对强度为纵坐标即可做出光电子能谱。
可以通过对光电子能谱的分析获取关于材料的元素构成及每种元素的化学态与电子态等数据。
2、4、3 X射线衍射——晶体结构测试X射线衍射分析(X-ray Diffraction,XRD)就是一种通过对材料进行X射线衍射,从而获得有关材料的成分、内部分子或原子结构、结晶度等参数的测试手段。
其工作原理如图2-4所示。
测试中,将待测样品的晶格视作光栅,当有特定波长的X射线入射时会产生光的干涉,根据布拉格方程:(2-5) 式中:d——晶格常数;——入射X射线与晶面夹角;n——衍射级数;——X射线波长。
图 1-4 X射线衍射原理图从而通过扫描θ角,利用已知波长的X射线,从而计算出晶面间距d,最终分析出待测样品的晶面间距。
制备样品时采用细粉末或小块样品,样品中包含晶体的各种取向,经X射线照射后从每一符合布拉格条件的反射面得到反射,测出反射角θ,再利用布拉格公式即可确定点阵平面间距、晶胞大小与类型;根据衍射线的半峰宽,还可通过德拜-谢乐(Debye-Scherrer)公式进一步确定晶粒大小。
其中德拜-谢乐公式为:(2-6) 式中:——晶粒尺寸;k——Scherrer常数,取0、9;——X射线波长;——最强衍射峰半峰宽;——入射X射线与晶面夹角。
2、4、4电化学性能测试所有的电化学测试均通过CHI660D电化学工作站进行测试。
该工作站集成了绝大多数的电化学测试技术,如恒电位,恒电流,电位扫描,电流扫描以及交流阻抗等,可以进行各种电化学常数的测量。
析氢反应性能测试中,催化剂的催化活性通过线性扫描伏安法(Linear Sweep V oltammetry,LSV)进行评估。
线性扫描伏安法就是指控制电极电位以恒定的速率线性变化,同时测量通过电极的电流,以测得的电流对施加的电位作图。
测量体系采用三电极体系,如图2-4。
在三电极体系电路中,电解池由三个电极组成,即工作电极(Working Electrode,WE)、辅助电极(Counter Electrode,CE)与参比电极(Reference Electrode,RE)。
图1-5 三电极体系原理图工作电极为实验的研究对象;辅助电极用于导通极化回路中的电流,以使研究电极发生所需要的极化;参比电极就是电极电势的比较标准,可以用来测量研究电极的电势变化,保证电极电势标准的恒定。
在测量过程中工作电极选用旋转圆盘电极。
当电极表面进行化学反应时,反应物不断在电极上消耗且生成物不断产生。
在液相条件下会引起电极附近溶液浓度的变化,破坏了也相中的浓度平衡。
采用旋转圆盘电极可以降低电极附近物质传递对电子转移的影响得到精度更高的测量结果。
2、5 本章小结本章中主要介绍了对于MoS2这种电催化材料的理论计算——密度泛函理论。
简要概述了本文中制备不同形态MoS2纳米材料的不同方法的原理:液相剥离法、水热法及微波辅助还原法。
简单介绍了对于制备出的材料的测试方法原理:利用透射电子显微镜对材料形貌与结构进行测试;利用X射线光电子能谱对材料成分、化学态进行测试;利用X射线衍射对材料晶体结构测试。
介绍本文中所使用的电化学测试方法原理,通过线性扫描伏安法对MoS2催化剂的析氢性能进行测试。