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纳米结构二硫化钼的制备及其应用纳米结构二硫化钼（MoS2）是一种具有优异性能和广泛应用前景的二维材料。
它具有优异的电子、磁学和光学性能，因此在能量存储、光电器件、催化剂等领域有着重要的应用。
本文将介绍纳米结构二硫化钼的制备方法以及其在不同领域的应用。
纳米结构二硫化钼的制备方法主要可以分为物理法和化学法两种。
物理法包括机械剥离法、化学气相沉积法等；化学法包括溶剂热法、水热法、氢气热解法等。
其中，机械剥离法是一种通过机械剥离的方式将二硫化钼从大块的晶体材料中剥离出来得到纳米结构的方法，该方法操作简单，但产率低；化学气相沉积法通过在高温下将金属蒸气和硫化物气氛反应得到纳米结构的二硫化钼，该方法适用于制备纳米薄膜，但设备复杂，成本高。
溶剂热法是一种将硫化物和金属盐溶解在有机溶剂中，在高温条件下进行反应制备纳米结构的方法，该方法操作简单，但控制精度低。
水热法是通过在高温高压水溶液中加入硫化物和金属盐，进行水热反应制备纳米结构，该方法操作简单，但产物的形貌和尺寸难以控制。
氢气热解法是一种通过在高温下将金属硫化物与氢反应得到纳米结构的二硫化钼，该方法操作简单，优势是产物纯度高，但反应时间长。
纳米结构二硫化钼在能源存储领域有着重要的应用。
它可以作为电容器的电极材料，具有高比电容和长循环寿命的特点。
另外，纳米结构二硫化钼也被广泛应用于锂离子电池和钠离子电池的负极材料，因其特殊的层状结构可以提供更多的储能位置，从而提高能量密度和循环寿命。
在光电器件方面，纳米结构二硫化钼的应用潜力巨大。
它具有较高的载流子迁移率和较大的光吸收系数，可以用作光电转换材料，例如太阳能电池和光电探测器。
此外，纳米结构二硫化钼还可以作为电容器的隔离层材料，利用其与金属基底之间的能带垒来改善器件的性能。
此外，纳米结构二硫化钼还具有优异的催化性能。
它可以作为催化剂用于氢化反应、氧化反应、还原反应等。
由于其二维结构具有丰富的活性位点和大的比表面积，纳米结构二硫化钼在催化领域具有广泛的应用前景。
二硫化钼纳米材料的制备方法及应用研究进展张家豪;王德修;李玉琦;徐英;梁士明;宋学省【期刊名称】《人工晶体学报》【年(卷),期】2024(53)4【摘要】本文深入探讨了二硫化钼(MoS 2)纳米材料的合成策略及其在能源转换与存储等领域的应用前景,综合分析包括溶剂热法、溶胶-凝胶法在内的多种合成方法,揭示了这些方法对MoS 2纳米结构形态和性能的具体影响。
研究表明,通过精确控制合成条件,可以制备出具有优化电子性质和表面活性的MoS 2纳米材料。
在锂离子电池和光电探测器等应用中,这些材料展现了卓越的性能,特别是在增强电池充放电循环稳定性和提升光电转换效率方面。
本文进一步讨论了MoS 2应用发展面临的挑战,特别是在材料合成可扩展性和性能一致性方面。
最后,文章对未来的研究方向进行了展望,提出了创新合成策略和优化材料结构的研究方向,进一步拓宽MoS 2在高性能能源设备中的应用潜力。
【总页数】20页(P600-619)【作者】张家豪;王德修;李玉琦;徐英;梁士明;宋学省【作者单位】临沂大学材料科学与工程学院【正文语种】中文【中图分类】TB34;TB383【相关文献】1.纳米材料国内外研究进展Ⅱ——纳米材料的应用与制备方法2.一种锂电用二氧化钛纳米管阵列固载球状二硫化钼负极材料的制备方法3.专利名称：一种二硫化钼纳米片/石墨烯纳米带复合材料及其制备方法4.浅谈土木建筑工程的质量影响因素与管理5.Effect of Fluoride Containing Gel on Prevention of Enamel Demineralization and Improvement of Enamel Lesion during Orthodontic Treatment因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
二硫化钼的三种晶相
二硫化钼（MoS2）是一种具有多种晶相的材料。
以下是二硫化钼的三种晶相：
1. 单层二硫化钼：单层二硫化钼是指只有一层原子厚度的二硫化钼。
它具有特殊的二维结构，由一个层状的钼原子层和两个硫原子层交替排列而成。
这种晶相具有优异的光电性能和力学性能，被广泛应用于纳米电子学和光电子学领域。
2. 三方二硫化钼：三方二硫化钼是指在晶体结构中，钼原子和硫原子呈现三方对称排列的晶相。
这种晶相具有独特的层状结构，层与层之间通过弱的范德华力相互作用。
三方二硫化钼是二硫化钼最常见的晶相，具有良好的电化学催化性能和摩擦学性质。
3. 正交二硫化钼：正交二硫化钼是指在晶体结构中，钼原子和硫原子呈现正交对称排列的晶相。
这种晶相具有更加紧密的结构，层与层之间的相互作用更强。
正交二硫化钼具有优异的电子输运性能和光学性质，被广泛应用于光电子学和能源领域。
二硫化钼的三种晶相在材料性质和应用方面具有一定的差异，因此在不同领域有着各自的应用潜力和研究价值。
：除了上述三种晶相外，二硫化钼还有其他晶相如四方二硫化钼和六方二硫化钼等。
这些晶相在结构和性质上也有所差异，为研究人员提供了更多的选择和挑战。
近年来，二硫化钼及其不同晶相的研究得到了广泛关注，并在电子学、能源存储、催化剂等领域展示出了巨大的应用潜力。
石墨烯-二硫化钼二维复合材料在光电子器件上的应用研究进展1.石墨烯介绍石墨烯是由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料，具有独特的零带隙能带结构，是一种半金属薄膜材料。
石墨烯不仅有特殊的二维平面结构，还有着优良的力学、热学、电学、光学性质。
其机械强度很大，断裂强度比优质的钢材还要高，同时又具备良好的弹性、高效的导热性以及超强的导电性。
石墨烯又是一种禁带宽度几乎为零的特殊材料，其电子迁移速率达到了1/300光速。
由于石墨烯几乎是透明的，因此光的透过率可高97.7%。
此外，石墨烯的加工制备可与现有的半导体CMOS(Complementary metal-oxide-semiconductor transistor)工艺兼容，器件的构筑、加工、集成简单易行，在新型光电器件的应用方面具有得天独厚的优势。
目前，人们已利用石墨烯开发出一系列新型光电器件，并显示出优异的性能和良好的应用前景。
石墨烯具有独特的二维结构，并且能分解为零维富勒烯，也可以卷曲成一维碳纳米管，或堆积成为三维石墨。
石墨烯力学性质高度稳定，碳原子连接比较柔韧，当施加外力时，碳原子面就会发生弯曲形变。
在理想的自由状态下，单层石墨烯并非完美的平面结构，表面不完全平整，在薄膜边缘处出现明显的波纹状褶皱，而在薄膜部褶皱并不显，多层石墨烯边缘处的起伏幅度要比单层石墨烯稍小。
这也说明了石墨烯在受到拉伸、弯曲等外力作用时仍能保持高效的力学稳定性。
在一定能量围,石墨烯中的电子能量与动量呈线性关系，所以电子可视为无质量的相对论粒子即狄拉克费米子。
通过化学掺杂或电学调控的手段，可以有效地调节石墨烯的化学势，使得石墨烯的光学透过性由“介质态”向“金属态”转变。
石墨烯的功函数与铝的功函数相近，约为4.3eV，因此在有机光电器件中有望取代铝来做透明电极。
近年来所观测到的显著的量子霍尔效应和分数量子霍尔效应，证实了石墨烯是未来纳米光电器件领域极有前景的材料。
纳米二硫化钼（MoS2）在润滑材料中的研究进展纳米二硫化钼(MoS2)在润滑材料中的研究进展摘要：本文介绍了MoS2的润滑性状、纳米MoS2的性能。
对纳米MoS2在轧制液、机械油、铜合金拉拔润滑脂和空间润滑材料中的摩擦学应用与研究现状进行了综述，并对比了微米级与纳米级MoS2在使用中的效果。
对未来纳米MoS2在润滑材料中的应用与研究进行了展望。
关键词：纳米MoS2；润滑材料；摩擦The research progress of molybdenum disulfidenanoparticles(MoS2) in lubrication materialsAbstract: This paper describes the lubricating properties of MoS2and the performance of nano-MoS2. Nano-MoS2on the rolling fluid, mechanical oil, copper alloy drawing grease and space lubrication materials’ tribology applications and research status are reviewed. The micron and nano-level effect of MoS2 in use is compared. Nano-MoS2 lubricating materials application and research in the future are discussed.Key words: nano-MoS2; lubrication materials; friction0 引言二硫化钼（MoS2）用作固体润滑剂已有50多年的历史，是应用最广泛的固体润滑剂。
在相同条件下，含MoS2的粘结固体润滑膜在真空中的摩擦系数约为大气中的1/3，而耐磨寿命比在大气中高几倍甚至几十倍。
新型固体润滑材料二硫化钼的基本知识为了积极配合二硫化钼（MoS2）新材料的推广应用，现将其基本如识简要加以介绍。
第一节二硫化钼（MoS2）的物理、化学性能及润滑原理.一、比重及硬度二硫化钼（MoS2）是从辉钼矿中精选并经化学和机械处理而制成的一种呈黑灰色光泽的固体粉末，用手指研磨有油雎滑腻的感觉。
二硫化钼（MoS2）的分子式为MoS2。
二硫化钼（MoS2）的比重为4.8。
(比重= 表示二硫化钼（MoS2）与4℃时同体积水的重扭相比的倍数)二硫化钼（MoS2）的分子量为160.07。
(分子虽：即分子的质量，分子等于组成该分子的各原子量的总和。
由于二硫化钼（MoS2）分子质量很小，故不直接以“克”做为量度的基本单位，而是以氧原子质量的 1/16人。
作为质量单位)二硫化钼（MoS2）的硬废为 1一1.5 (莫氏)。
(莫氏硬度：矿物抵抗外界的刻划、压入研磨的能力称为硬度，共分十度。
其排列次序为：1、滑石，2、石膏，3、方解石，4、萤石，5、磷灰石，6、正长石，7、石英，8、黄玉，9、刚玉，10、金刚石) 二硫化钼（MoS2）的莫氏硬度介于滑石及石膏之间。
二、摩擦系数当一物体在另一物体上滑动时，在沿接触摩按表面产生阻力，此阻力叫做摩擦力。
摩擦力的方向与滑动物体运动时方向相反，摩擦力的大小与垂直于接触面的负荷(即正压力)有关，正压力愈大，摩擦力也愈大，滑动时摩擦力与正压力的比值叫做 (动)摩擦系数，即摩擦系数= 摩擦力/正压力摩擦系数是用来衡量物体接触表面的摩拽力的，摩擦系数在数值上等于单位正压力作用下接触面间的摩擦力。
摩擦系数愈小，使物体滑动所需要的力也就愈小。
二硫化钼（MoS2）的摩擦系数可以在 MM200型磨损试验机上进行测试，遵照毛主席关于“认识从实践始”的教导，我们以BM-3二硫化钼（MoS2）润滑膜为例，在两试块接触点相对滑动速庭：为5.02米/分及95.米/分时，改变不同的负荷，测定了相对应的二硫化钼（MoS2）干膜润滑的摩擦系数 (测试方法详见第二章第七节)，试验数据如下表。
杀死癌细胞的新型mos2纳米结构材料1 介绍随着医学技术的不断发展，治疗癌症的方法也在不断更新。
而最近，一个新型纳米结构材料——mos2纳米结构材料，被发现可以杀死癌细胞。
这个发现为治疗癌症提供了新的希望和可能性。
本文将介绍这种新型的纳米结构材料，以及它如何杀死癌细胞的机理。
2 mos2纳米结构材料简介mos2（二硫化钼）是一种黑色晶体结构，具有类似于石墨的层状结构。
mos2的层状结构使其具有大量的表面积，因此可以用于吸附气体和催化反应。
此外，mos2还具有很好的热稳定性和机械强度。
当mos2被制成纳米结构时，其表面积将更大，并且具有更多的表面反应活性，这使得mos2纳米结构材料成为一种不错的、多功能的纳米材料。
3 mos2纳米结构材料在杀死癌细胞上的应用近年来，科学家们发现mos2纳米结构材料可以用于杀死癌细胞。
研究人员将mos2纳米结构材料与光敏剂进行结合，通过光激活来杀死癌细胞。
具体而言，当mos2纳米结构材料与光敏剂结合时，在光敏剂受光激发后，它将释放出电子，这些电子将转移到mos2纳米结构材料上，并形成一个强的电子对儿。
这个电子对儿可以诱导mos2纳米结构材料释放出大量的电子，这些电子将与氧气分子结合，生成活性氧种。
这些活性氧种可以穿透癌细胞膜，在破坏癌细胞DNA的同时，杀死癌细胞。
4 mos2纳米结构材料的优势相比传统的治疗癌症方法，mos2纳米结构材料具有以下优势：（1）针对性强：与化疗和放疗相比，mos2纳米结构材料在杀死癌细胞时的针对性更强。
通过调整光敏剂或mos2纳米结构材料的性质，可以实现对不同癌细胞的精准杀死，从而避免对健康细胞的损伤。
（2）操作简便：mos2纳米结构材料的制备过程简单，易于大量制备。
与放疗和化疗相比，mos2纳米结构材料需要进行光照处理，因此，治疗过程更便于控制和操作。
（3）无副作用：与放疗和化疗相比，mos2纳米结构材料不会对人体正常细胞造成损伤。
由于mos2纳米结构材料在没有光激发的情况下对癌细胞没有影响，因此体内的健康细胞不会受到任何影响。
1二硫化钼纳米结构二硫化钼（MoS2）是一种二维纳米结构材料，由硫原子和钼原子交替排列而成的层状结构。
它的分子式为MoS2，化学式为MoS2+nH2O，其中n为脱水程度。
二硫化钼纳米结构具有许多特殊的物理和化学性质，使其成为各种应用领域的研究热点。
首先，二硫化钼具有优异的电子传输性能。
它是一种直接能隙半导体材料，具有较高的载流子迁移率和较低的电阻率，使其适用于电子学和光电子学器件的制备。
此外，二硫化钼还表现出优异的光吸收和发射性能，使其在光学器件和太阳能电池领域具有广泛应用潜力。
另外，二硫化钼纳米结构还具有优越的力学性能。
它具有较高的硬度和弹性模量，使其成为制备纳米机械和纳米传感器的理想材料。
此外，二硫化钼还具有优异的热导性能，使其在热管理和散热领域具有广泛应用前景。
除了以上特殊的物理和化学性质外，二硫化钼纳米结构还具有许多其他的优点。
首先，它具有较大的比表面积，使得其能够与其他物质有更多的接触，从而实现更高效的反应。
此外，二硫化钼纳米结构具有较强的可调控性，可以通过化学方法、机械去除或化学气相沉积等方法制备不同形状和尺寸的结构。
这种可调控性使得二硫化钼纳米结构在各种应用中具有更广泛的适用性。
针对以上特点，二硫化钼纳米结构在许多领域都有广泛的应用。
首先，在能源领域，二硫化钼纳米结构可以作为催化剂用于水分解，产生氢气作为清洁能源。
其次，在光学器件中，二硫化钼纳米结构可以用于制备光传感器、光探测器和太阳能电池等。
此外，二硫化钼纳米结构还可以用于制备纳米电子器件、电容器、纳米机械和传感器等。
总之，二硫化钼纳米结构具有许多特殊的物理和化学性质，使其在各种应用中具有广泛的应用潜力。
通过进一步的研究和探索，相信二硫化钼纳米结构将在未来的科技领域发挥越来越重要的作用。
二硫化钼的结构与应用二硫化钼（MoS2）是一种具有层状结构的化合物，由一层钼原子和两层硫原子构成，其结构类似于石墨。
每一层钼原子形成一个六角晶格，而硫原子则填补在晶格空隙中形成六角形的结构。
多层的二硫化钼叠加在一起形成一种多层结构，称为缕金属硫化钼（layered metal dichalcogenides）。
二硫化钼在物理、化学和材料科学领域具有广泛的应用。
以下是几个主要的方面：1.电子学：二硫化钼是一种具有半导体性质的材料，具有宽带隙和低维特性。
它可以制备成薄膜或纳米片，在光电子器件（如光伏电池和光电导器件）、输运器件（如场效应晶体管）和逻辑电路等方面具有应用潜力。
二硫化钼的电子特性可以通过控制层数和电场进行调节，广泛应用于高性能的电子元件制备。
2.摩擦学：二硫化钼具有优良的摩擦学性能，可以用作润滑剂和固体润滑材料。
其层状结构使得摩擦剧烈运动时能够形成相对面间的滚动，有效减小摩擦系数和磨损。
二硫化钼润滑剂可以应用于高温和高负载情况下的机械部件和金属加工。
3.催化剂：二硫化钼具有优异的催化性能，常用于化学工业中的催化反应。
例如，它可以用作氢化反应的催化剂，用于制备氢气和烃类燃料。
此外，二硫化钼还可以用于氧化反应、电化学反应、光催化反应等领域。
4.电池材料：二硫化钼在锂离子电池和钠离子电池等储能器件中具有潜在的应用。
其层状结构和高比表面积可以增加电极与电解质的接触面积，提高电极容量和循环稳定性。
此外，二硫化钼还可以与其他材料复合，提高电池性能和循环寿命。
5.传感器：二硫化钼可以通过表面修饰和掺杂等方式制备成传感器，用于检测环境中的化学物质和生物分子。
例如，二硫化钼纳米片可以用于制备气体传感器，用于检测有毒气体和燃气泄漏。
此外，二硫化钼还可以用于生物传感和医学诊断，例如，用于检测DNA或蛋白质的存在和浓度。
以上只是二硫化钼在科学研究和工程应用中的一些主要方面，随着研究的深入和技术的发展，二硫化钼的应用领域还将不断扩大。
单层二硫化钼单层二硫化钼是一种二维材料，由单层的硫化钼分子组成。
它具有许多独特的性质，如优异的电学、光学和力学性能，因此在纳米电子学、光电子学和催化领域具有广泛的应用前景。
一、单层二硫化钼的结构和制备方法1. 结构单层二硫化钼由一个中心的Mo原子与两个S原子组成，呈六边形排列。
这种结构类似于石墨烯，并且也具有类似于石墨烯的性质。
2. 制备方法目前制备单层二硫化钼主要有两种方法：机械剥离法和气相沉积法。
（1）机械剥离法机械剥离法是通过在单晶硫化钼晶体表面撕裂或刮取来制备单层二硫化钼。
这种方法简便易行，但是存在一定的局限性，例如只能制备小面积的单层二硫化钼。
（2）气相沉积法气相沉积法是将金属Mo和S源分别放置在高温环境下，并通过化学反应制备单层二硫化钼。
这种方法可以制备大面积的单层二硫化钼，但需要高温和高真空条件。
二、单层二硫化钼的性质1. 电学性质单层二硫化钼具有优异的电学特性，例如高载流子迁移率、低电阻率和高透射率。
这些性质使得它在纳米电子学领域具有广泛的应用前景，例如制备场效应晶体管和光电探测器等。
2. 光学性质单层二硫化钼具有优良的光学性能，例如宽带隙、高吸收系数和强荧光发射。
这些性质使得它在光电子学领域具有广泛的应用前景，例如制备太阳能电池和光催化剂等。
3. 力学性质单层二硫化钼具有优异的力学特性，例如高弹性模量、高强度和超薄厚度。
这些性质使得它在纳米机械领域具有广泛的应用前景，例如制备纳米机械器件和柔性传感器等。
三、单层二硫化钼的应用1. 纳米电子学单层二硫化钼可以制备场效应晶体管、透明导电膜和纳米线等，这些器件在纳米电子学领域具有广泛的应用前景。
2. 光电子学单层二硫化钼可以制备太阳能电池、光探测器和光催化剂等，这些器件在光电子学领域具有广泛的应用前景。
3. 催化领域单层二硫化钼可以作为催化剂，例如在水分解反应中起到促进反应的作用。
因此，在催化领域也具有广泛的应用前景。
四、结论随着对单层二硫化钼性质的深入研究和制备方法的不断改进，相信它将在更多领域得到广泛的应用。
二硫化钼结构二硫化钼是一种具有特殊结构的无机化合物，化学式为MoS2。
它由钼和硫元素组成，是一种层状结构的材料。
二硫化钼的独特结构和性质使其在许多领域具有重要的应用价值。
二硫化钼的结构是由钼离子和硫离子组成的层状结构。
在该结构中，每个钼离子都与六个硫离子形成八面体配位，而每个硫离子则与三个钼离子形成三角形配位。
这种结构使得二硫化钼具有类似于石墨的层状结构，层与层之间的相互作用比层内相互作用更弱。
这种结构使得二硫化钼在层间可以发生相对自由的滑动，从而具有良好的润滑性能。
二硫化钼具有许多独特的性质。
首先，它是一种具有半导体特性的材料。
由于其层状结构，二硫化钼的电子在层内运动容易，而在层间运动困难，因此在电导方面表现出了半导体的特性。
这使得二硫化钼在电子器件领域具有广泛的应用，例如可用于制造薄膜晶体管。
二硫化钼还具有优异的光学性能。
由于其层状结构，二硫化钼具有特殊的吸收和发射光谱特性，使其在光学器件领域具有潜在的应用价值。
例如，二硫化钼可以用于制造光电探测器和光学传感器，用于检测和测量光信号。
二硫化钼还具有优良的机械性能和化学稳定性。
由于其层状结构和强硫-硫键的存在，二硫化钼具有较高的硬度和强度，具有良好的耐磨性和耐腐蚀性。
这使得二硫化钼在摩擦学和涂层材料领域具有广泛的应用。
二硫化钼作为一种具有特殊结构的无机化合物，具有独特的性质和广泛的应用前景。
它的层状结构使其具有优异的润滑性能、半导体特性、光学性能、机械性能和化学稳定性。
随着材料科学和纳米技术的不断发展，二硫化钼将在各个领域发挥更大的作用，为人类的生活和科技进步做出更大的贡献。
二硫化钼结构二硫化钼是一种化学化合物，化学式为MoS2。
它的结构是由钼和硫原子组成的，其中一个钼原子位于中心位置，被六个硫原子包围，形成了一个八面体的结构。
这种结构使得二硫化钼具有一些特殊的性质和应用。
二硫化钼是一种具有层状结构的材料。
每个层由一个钼原子居中，周围有六个硫原子组成。
这种层状结构使得二硫化钼具有良好的机械性能和热稳定性。
同时，这种结构也使得二硫化钼在材料摩擦学、润滑学和电子学等领域有着重要的应用。
二硫化钼具有优异的润滑性能。
由于其层状结构，二硫化钼层之间的相互滑动非常容易。
这使得二硫化钼成为一种理想的固体润滑材料，在高温、高压和低速条件下具有很好的润滑性能。
因此，二硫化钼广泛应用于摩擦副、轴承和机械密封等领域，可以有效减少摩擦损失和磨损。
二硫化钼还具有优异的电子传输性能。
由于其层状结构，二硫化钼层之间的电子传输非常快速。
这使得二硫化钼成为一种重要的电子材料，在电子器件、储能材料和光电转换等领域有着广泛的应用。
例如，二硫化钼可以用作电化学储能器件中的电极材料，可以提高储能器件的电荷传输速度和循环稳定性。
由于二硫化钼的层状结构和优异的机械性能，它还可以用于制备柔性电子器件。
通过将二硫化钼层状结构剥离成单层或几层厚度的纳米材料，可以制备出柔性、透明、可弯曲的电子器件。
这种柔性电子器件具有很大的应用潜力，可以应用于可穿戴设备、柔性显示和传感器等领域。
二硫化钼作为一种具有层状结构的化合物，具有优异的润滑性能、电子传输性能和机械性能。
它在摩擦学、润滑学、电子学和柔性电子器件等领域有着广泛的应用。
随着科学技术的不断发展，二硫化钼的应用前景将更加广阔。
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。
1-二硫化钼纳米结构石墨烯-二硫化钼二维复合材料在光电子器件上的应用研究进展1.石墨烯介绍石墨烯是由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料，具有独特的零带隙能带结构，是一种半金属薄膜材料。
石墨烯不仅有特殊的二维平面结构，还有着优良的力学、热学、电学、光学性质。
其机械强度很大，断裂强度比优质的钢材还要高，同时又具备良好的弹性、高效的导热性以及超强的导电性。
石墨烯又是一种禁带宽度几乎为零的特殊材料，其电子迁移速率达到了1/300光速。
由于石墨烯几乎是透明的，因此光的透过率可高97.7%。
此外，石墨烯的加工制备可与现有的半导体CMOS(Complementary metal-oxide-semiconductor transistor)工艺兼容，器件的构筑、加工、集成简单易行，在新型光电器件的应用方面具有得天独厚的优势。
目前，人们已利用石墨烯开发出一系列新型光电器件，并显示出优异的性能和良好的应用前景。
石墨烯具有独特的二维结构，并且能分解为零维富勒烯，也可以卷曲成一维碳纳米管，或堆积成为三维石墨。
石墨烯力学性质高度稳定，碳原子连接比较柔韧，当施加外力时，碳原子面就会发生弯曲形变。
在理想的自由状态下，单层石墨烯并非完美的平面结构，表面不完全平整，在薄膜边缘处出现明显的波纹状褶皱，而在薄膜内部褶皱并不显，多层石墨烯边缘处的起伏幅度要比单层石墨烯稍小。
这也说明了石墨烯在受到拉伸、弯曲等外力作用时仍能保持高效的力学稳定性。
在一定能量范围内,石墨烯中的电子能量与动量呈线性关系，所以电子可视为无质量的相对论粒子即狄拉克费米子。
通过化学掺杂或电学调控的手段，可以有效地调节石墨烯的化学势，使得石墨烯的光学透过性由“介质态”向“金属态”转变。
石墨烯的功函数与铝的功函数相近，约为4.3eV，因此在有机光电器件中有望取代铝来做透明电极。
近年来所观测到的显著的量子霍尔效应和分数量子霍尔效应，证实了石墨烯是未来纳米光电器件领域极有前景的材料。
2.二硫化钼的认识过渡金属层状二元化合物（MX2）因具有良好的光、电、润、滑、催化等性能一直备受关注，二硫化钼便是其中的典型代表之一[1]。
二硫化钼是具有银灰色光泽的黑色粉末，与石墨烯相似，属于六方晶系，不溶于水、稀酸和浓硫酸，但溶于热硫酸，在其他酸、碱、溶剂、石油、合成润滑剂中不溶解[2]。
MoS2的晶体结构有三种：1T 形、2H 形、3R 形，1T-MoS2和 3R-MoS2属于亚稳态，常态下存在的是 2H-MoS2，天然的 2H-MoS2晶体是典型的层状结构[1]。
二硫化钼三种晶体结构二硫化钼屮单层二硫化钼由三层原子层构成，上下两层均为硫原子层,中间一层为钼原子层,钼原子层被两层硫原子层所夹形成类“三明治”结构。
这种结构使得层内存在较强的共价键,层间则存在较弱的范德力。
S原子暴露在MoS2晶体表面,对金属表面产生较强的吸附作用。
多层二硫化钼由若干单层二硫化钼组成,层间距大约为0.65 nm。
二硫化钼的晶体结构(a)侧视图(b)和俯视图(c)2.1 二硫化钼的性质二硫化钼是一种典型的二维层状材料，层状二硫化钼是辉钼矿的主要成分，是一种灰黑色的固体粉末，无特殊气味，呈金属光泽莫氏硬度为1.0-1.5，熔点为1185 ℃，1600 ℃开始分解，产物为硫和金属钼。
常温下二硫化钼性质较为稳定，不溶于水、酸、碱和有机溶剂，具有良好的化学和热稳定性，因此，常被用来做为固体润滑剂。
纳米的MoS2性能优良，与普通MoS2相比，纳米MoS2在性能和应用上更胜一筹，克服了普通粒度与比表面积的限制。
随着粒径的变小，比表面积增大，吸附力增强，反应活性提高，随之使其在润滑添加剂、催化、光电、各种复合材料等方面的性能有很大的提高。
a) 各向异性：由于二硫化钼。
有类似于石墨的层状结构，所以展现出来高度各项异性。
其作为半导体材料时，垂直于片层方向比平行片层方向的电阻率高1000 倍。
当在它层间插入有机化合物时，它的各向异性表现的更为明显。
b) 光电性能：二硫化钼特殊的三明治夹层结构和能带结构，决定了其特殊的光电性质，如光吸收、荧光发射、高的电子迁移率等。
二硫化钼存在 1.29～1.90 eV 的能带隙，克服了石墨烯零带隙的缺陷，因而在光电器件领域有更广阔的应用前景。
Du等人用重堆积法成功制备的MoS2材料，将其用作锂离子电池正极材料，研究了其电化学性能，结果显示二硫化钼材料具有较大的比容量及良好的循环性能，且其容量高达800mAhg-1，这表明二硫化钼是一种很好的锂离子电池正极材料，能在实际中得到广泛应用。
单层纳米二硫化钼表现出良好的发光性，被广泛用于光电子器件。
类石墨烯二硫化钼在热、电、光、力学等方面的性质及其在光电子器件领域的潜在应用引起了科研人员的广泛关注。
然而,一般的化学、物理法难以制备出具有层状结构的类石墨烯二硫化钼，高质量材料的可控制备是影响和制约类石墨烯二硫化钼长远发展的关键所在。
目前可以采用的方法主要有:微机械力剥离法、锂离子插层法、液相超声法等“自上而下”的剥离法(如图2所示)，以及高温热分解、气相沉积、水热法等“自下而上”的合成法。
在“自上而下”的制备方法中，微机械力剥离法以其操作相对简便且剥离程度高是目前应用最为成熟的方法，它能到单层二硫化钼且剥离产物具有较高的载流子迁移率，一般多用于制作场效应晶体管；缺点是制备规模小和可重复性较差。
锂离子插层法是目前剥离效率最高的方法，它适用范围广,多用于二次电池和发光二极管；缺点是耗时、制备条件严格，且去除锂离子极易导致类石墨烯二硫化钼的聚集。
液相超声法则是最新发展出来的方法,它以操作简单、制备条件相对宽松而正被广泛应用于光电子器件；然而它的剥离程度和剥离效率均低于前两种方法,且产物中单层二硫化钼的含量较低。
“自下而上”的合成法，可能是由于二硫化钼材料结构的高热和化学稳定性，其研究还处在初级阶段,尚存在制备成本高、工艺控制复杂等问题,而且通过合成法获得类石墨烯二硫化钼的纯度和光、电性质等仍逊色于剥离法。
但是“自下而上”合成法具有方法、手段、底物等各方面的可控性及多样性，很具发展潜力，通过不断创新和优化制备条件，有望实现大面积、高质量类石4.类石墨烯二硫化钼的表征和光物理性质4.1 结构表征结构表征类石墨烯二硫化钼特殊的二维层状结构是其特殊性能的根本原因,因此其研究的首要问题是找到能够准确、高效地表征二维层状结构的方法,这不仅可以判断类石墨烯二硫化钼的制备成功与否,而且有助于更好地探索类石墨烯二硫化钼的性质与材料结构的关系,促进其实际应用。
二维层状结构最直观的表征方法是各类显微手段,包括原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等.AFM是鉴别类石墨烯二硫化钼层数最直接的方法,它通过扫描测量样品表面得到的高度差即可判断剥离的程度(见图3a,74若扫描得到的高度差为1.0nm左右,即可判断是单层二硫化钼)。
通过SEM和TEM测量边缘褶皱也能粗略判断类石墨烯二硫化钼的剥离程度(见图3(b,c),65,67单层褶皱表明剥离得到的是单层二硫化钼).此外,广泛用于石墨烯结构表征的拉曼(Raman)光谱法也是表征类石墨烯二硫化钼的有力工具,拉曼光谱法不仅表征快速、准确,而且不会破坏样品的晶体结构,通过直接测量面内振动模式E12g和面外振动模式A1g 的拉曼位移便可判断类石墨烯二硫化钼的剥离程度和效果:75例如单层二硫化钼的E12g和A1g间的位移差为16-18cm-1 ;双层二硫化钼的E12g和A1g间的位移差为21cm-1 ;三层二硫化钼的E12g和A1g 间的位移差为23cm-1 (如图3d所示)。
4.2光物理性质类石墨烯二硫化钼具有特殊的“三明治”夹心二维层状结构和特殊的能带结构,因此拥有特殊的光物理性质,如光吸收、荧光(PL)发射等.研究这些特殊的光物理性质,对于制作基于类石墨烯二硫化钼的光电器件非常重要。
4.2.1光吸收二硫化钼的光吸收性质与其自身的厚度密切相关:块状二硫化钼是间接带隙半导体,没有特征吸收峰;而类石墨烯二硫化钼是直接带隙半导体,其特征吸收峰在紫外吸收光谱上位于620和670nm附近,对应于能带图1b中A、B两种从导带到价带的竖直跃迁方式(见图4a)。
3.2.2 荧光类石墨烯二硫化钼的荧光现象最早于2010年由Wang等76发现.当块状二硫化钼被剥离至薄层时,会出现荧光且荧光强度与二硫化钼的层数成反比。
他们采用微机械力法剥离二硫化钼并选取532nm 波长的激光激发类石墨烯二硫化钼,结果成功采光现,如2011年Eda 等用锂离子插层法剥离二硫化钼,退火处理之后也成功采集到类似的荧光发射光。
5.类石墨烯二硫化钼在光电子器件上的应用二硫化钼常温下为黑色固体粉末,有金属光泽,熔点1185°C,密度为4.8g·cm-3,莫氏硬度1.0-1.5,具有抗磁性和半导体性质。
二硫化钼晶体属于六方晶系,晶体结构主要为八面体结构和三棱柱结构。
二硫化钼具有优异的润滑性能,常用于润滑机械轴承以减小摩擦和磨损,拥有“高级固体润滑油王”的美誉。
78-80然而,当二硫化钼的厚度薄到一定程度形成类石墨烯二硫化钼时,却表现出独特的光电半导体性质,和石墨烯一样在光电器件领域有着广泛的应用前景。
5.1场效应晶体管场效应晶体管(FET)是现代微电子技术中重要的一类器件,它主要靠改变电场来影响半导体材料的导电性能。
类石墨烯二硫化钼是直接带隙半导体,22故可用来制作大开关电流比、高载流子迁移率和低耗能的FET.51,85 Kis等16先用微机械剥离法得到单层二硫化钼,随后转移单层二硫化钼到具有270nm厚SiO2的硅基片上,再利用电子束刻蚀法制作50nm厚的金电极,接着让器件于200°C下退火以减小电阻,最后用原子层积法(atomiclayerdeposition,ALD)制作30nm厚的二氧化铪(HfO2)作为栅极介电层(见图6),发现器件的阈值电压在-4V,开/关电流比达到108,电子迁移率达到217cm2·V-1 ·s-1. Iwasa等53先采用微机械力法剥离得到类石墨烯二硫化钼,之后转移二硫化钼到透明的氧化铝基底上,再利用电子束刻蚀法制作Ti/Au电极,并选用离子液体作为栅极从而最终形成电双层双极性场效应晶体管。
与二氧化铪作为栅极介电层的晶体管显示n型半导体性质不同,电双层晶体管既显示p型又显示n型性质。
这种晶体管的开/关电流比达到200,其中空穴载流子迁移率高达86cm2·V-1·s-1,是电子载流子迁移率的两倍.。
Wang等86报道了以双层二硫化钼作为导电通道的场效应晶体管的制作过程。
具体制作步骤如下:首先用微机械力剥离法得到双层二硫化钼,随后转移双层二硫化钼至掺有285nmSiO2的硅基片上,再利用电子束刻蚀法制作Ti/Au电极并选取Al和Pd作为两个栅极从而最终整合成含正(增加模式)、负(衰减模式)阈值电压的晶体管。
