二硫化钼二维原子晶体化学掺杂研究进展

[课外阅读]二维催化材料多尺度结构和电子性质调控获新进
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近日，中科院大连化物所催化基础国家重点实验室邓德会副研究员、包信和院士团队成功实现了对二维硫化钼原子晶体材料多尺度结构和电子性质的调控。

相关研究成果发表在英国自然·通讯。

二维硫化钼因其独特的物理和化学特性，在光、电及传统多相催化中极具应用前景。

如电催化分解水制氢反应存在气（H2）、液（H2O）、固（catalyst）三相界面，需要对其结构和电子性质进行多尺度调控和优化，以使其具备优异的本征活性和适宜的表面结构。

该研究团队利用“自下而上”合成方法，以二氧化硅纳米小球作为硬模板，直接化学合成得到了均一的介孔泡沫状硫化钼材料，实现了性质在三重尺度上的有效调控：（1）在宏观尺度上，均一的介孔孔道有助于反应物（H3O+）和产物（H2）的传输，更加亲水的表面有利于催化剂活性位的接触；（2）在纳米尺度上，介孔框架内定向垂直生长的硫化钼纳米片层提供了丰富的边缘催化活性位；（3）在原子尺度上，在前期将单原子催化剂引入二硫化钼骨架内的基础上，将过渡金属钴原子引入到硫化钼平面内，替代部分钼原子，有效修饰了表层硫原子的电子结构，激发了表层硫原子的本征催化活性，同时，存在一个适中的钴原子掺杂量（16.7%）使催化活性调变至最优值。

基于此
多尺度调控得到的规整介孔硫化钼基催化剂表现出了优异的酸性电解水制氢性能，展示出其可替代贵金属催化剂的潜力。

该工作提出的多尺度结构和电子性质调控策略为二维硫化钼在催化领域的研究和应用提供了新的研究思路，也为其它类似二维催化材料的设计与开发提供了借鉴。

二硫化钼二维薄膜材料的研究与应用摘要：自从石墨烯问世以来，与其结构类似的二维层状纳米材料在众多研究领域引起了更为广泛的关注。

二硫化钼是一种典型的二维瞬态过度金属层化合物，由范德华力连接。

由三层共价S-mo-S原子层组成。

二硫化钼转变为具有优异半导体性能的二维超薄结构材料。

固体材料的带宽不仅增加了1.29ev，而且电子结构也从间接带宽隙变为直接带宽隙。

同时，二硫化钼在光电子器件中表现出优异性能。

二维结构的二硫化钼在锂离子电池和催化剂中有着广泛的应用，二维结构的二硫化钼材料因其优异的性能近年来得到了广泛的研究。

关键词：二硫化钼；结构和性质；材料制备；薄膜表征前言二维材料是由一个或多个原子层组成的晶体材料。

它的概念起源于十九世纪初。

经试验表明，二维材料可以独立存在。

石墨烯的发现为固态电子学中原子薄层材料的研究开辟了一个新领域。

具有二维晶体结构的无机化合物的研究取得了新进展，极大地激发了研究者的热情。

几十种不同性质的二维材料被发现，显示了几种典型二维材料的晶体结构和性能。

给出了相应材料的临界超导体温度和带隙。

二维二硫化钼过渡金属硫化合物由于其固有的可调带宽引起了研究人员的极大关注。

过渡金属硫化合物在横向和纵向异质结构中都具有新的物理性质。

1、二硫化钼结构和性质1.1二硫化钼结构二硫化钼由一个钼原子和两个硫原子组成，其中钼原子和硫原子共价结合形成s-mo-s结构。

钼原子有六个最近的硫原子，而硫原子有三个最近的钼原子。

两者形成三棱柱状配位结构，层与层之间存在微弱的范德华力作用，每层之间的距离大约0.65nm，Mo原子与S原子间的相对位置差异形成晶体结构[1]。

1.2二硫化钼的光学性质二硫化钼薄膜具有层状结构和特殊的能带结构，具有独特的吸收和光发射等光学性质。

这些特性将使二硫化钼薄膜在光电子器件中得到广泛应用。

当二硫化钼薄膜为单原子层时，其带隙结构将由间接带隙转变为直接带隙并成为导体。

当二硫化钼薄膜为多层膜时，其具有独特的光学性质。

《二硫化钼复合材料的合成及其光催化和储锂性能研究》一、引言随着科技的发展，新型复合材料在光催化与能源存储领域的应用越来越广泛。

二硫化钼（MoS2）作为一种典型的二维过渡金属硫化物，因其独特的物理和化学性质，被广泛应用于光催化与储锂等研究中。

然而，其实际应用中的性能往往受限于单一的MoS2结构，因此通过与其他材料复合以提高其性能成为了研究的新方向。

本文以二硫化钼复合材料的合成为基础，探讨了其光催化和储锂性能的研究。

二、二硫化钼复合材料的合成二硫化钼复合材料的合成方法主要分为物理法和化学法。

物理法包括机械研磨、层间插层等；化学法包括化学气相沉积、溶胶凝胶法等。

本文采用溶胶凝胶法进行合成。

溶胶凝胶法是通过在溶液中加入前驱体，经过一系列化学反应生成溶胶，再经过凝胶化、干燥、热处理等步骤得到复合材料。

在合成二硫化钼复合材料时，我们选择与石墨烯等材料进行复合，以提高其光催化与储锂性能。

三、光催化性能研究二硫化钼复合材料因其特殊的层状结构和电子能带结构，具有良好的光催化性能。

我们通过实验研究了不同比例的二硫化钼与其他材料的复合对光催化性能的影响。

实验结果表明，当二硫化钼与其他材料以一定比例复合时，其光催化性能得到显著提高。

这主要归因于复合材料中各组分之间的协同效应，使得光生电子和空穴的分离效率提高，从而提高了光催化效率。

此外，我们还研究了不同光源、不同pH值等条件对光催化性能的影响，为实际应用提供了理论依据。

四、储锂性能研究二硫化钼复合材料因其高比表面积和良好的导电性，被认为是一种具有潜力的锂离子电池负极材料。

我们通过实验研究了二硫化钼复合材料的储锂性能。

实验结果表明，二硫化钼复合材料具有较高的可逆容量和较好的循环稳定性。

在充放电过程中，其具有良好的嵌锂/脱锂能力，表现出较高的库伦效率和良好的容量保持率。

此外，我们还研究了不同合成方法、不同复合比例等因素对储锂性能的影响，为进一步优化材料提供了方向。

五、结论本文以二硫化钼复合材料的合成为基础，通过实验研究了其光催化和储锂性能。

二硫化钼二维材料的制备方法及其力学性质研究二硫化钼(MoS2)作为一种具有潜在应用价值的二维材料，近年来备受关注。

本文将探讨二硫化钼二维材料的制备方法以及其力学性质的研究。

一、二硫化钼二维材料的制备方法二硫化钼二维材料的制备方法可以分为机械剥离法、气相沉积法、溶液剥离法和化学气相沉积法等。

1. 机械剥离法机械剥离法是首次成功制备二硫化钼二维材料的方法。

该方法通过在蜡石等基底上剥离单层或多层的二硫化钼，得到纯净的二维材料。

2. 气相沉积法气相沉积法是另一种常用的制备二硫化钼二维材料的方法。

该方法通常通过热蒸发或化学气相沉积来在基底上沉积单层或多层的二硫化钼。

3. 溶液剥离法溶液剥离法是一种将二硫化钼从其母体晶体材料中剥离出来的方法。

该方法在溶剂中溶解母体材料，然后通过适当的处理获得二硫化钼的纳米片。

4. 化学气相沉积法化学气相沉积法以金属有机化合物和硫化物源作为前驱体，通过二硫化钼的热解和沉积过程来制备二硫化钼二维材料。

该方法可以获得高质量的单层或多层二硫化钼。

二、二硫化钼二维材料的力学性质研究二硫化钼二维材料具有许多独特的力学性质，因此引起了广泛的关注和研究。

以下将介绍其中几个重要的力学性质。

1. 弹性特性二硫化钼二维材料具有较大的弹性变形能力，能够承受较大的形变而不破裂。

其高弹性使其在微纳尺度应用中具有潜在优势。

2. 力学稳定性二硫化钼二维材料具有良好的力学稳定性，能够保持其结构稳定性，在应变条件下仍能保持长期的力学性能。

3. 基底依赖性二硫化钼二维材料的力学性质在不同基底上有所不同。

一些研究表明，基底对二硫化钼二维材料的几何形状和力学性质有着重要的影响。

4. 耐磨性由于其层状结构以及强的化学键，二硫化钼二维材料具有较高的耐磨性。

这使得它在摩擦学和润滑学领域有着广泛的应用前景。

总结：二硫化钼二维材料的制备方法包括机械剥离法、气相沉积法、溶液剥离法和化学气相沉积法。

这些方法在制备高质量的单层或多层二硫化钼方面具有一定的优势。

第2期2018年4月No.2 April，2018低成本的太阳能，如对太阳能低温热的利用是一种高效利用太阳能的重要手段。

现如今，光催化反应是解决能源危机和环境污染问题的一个有效途径[1-2]，我国也将此列为解决环境问题的重点。

1 光催化概述光催化即光能够激发半导体中的电子，光生电子是由电子从价带激发到导带而产生，随即价带中产生对应的光生空穴，电子和空穴分别扩散到半导体表面，在表面与不同的反应对象进行反应。

MoS 2的光催化机理如图1所示。

图1 MoS 2的光催化机理光生电子具有还原性，空穴具有氧化性，这两种可以分别应用在不同的领域。

作为一种类石墨烯六方密堆积层状结构材料，界面硫原子共价键有一个，Mo 原子具有小的磁矩，可以取正值也可以取负值，MOS 2形成以硫层和钼层相交替的类似“三明治”夹层结构，此外，纳米MoS 2的层状结构的禁带宽度约在1.80 eV ，在可见光下具有光催化活性，同时因为纳米结构的MoS 2有一个较大的比表面积，能增强它的催化活性，所以是一种光催化剂[3]。

2 纳米MoS 2的制备方法纳米MoS 2的制备方法有许多种，按制备的状态分为固相法、液相法、气相法，固相法对设备要求较高，方法不灵活，产物的形貌不易控制，本研究主要介绍液相法和气相法，其中液相法最为常用方法。

液相法主要包括水热合成法，模板法，超声合成法，电化学合成法，溶胶－凝胶法等。

迄今为止，人们已采用这些方法制备出了不同形貌的MoS 2纳米材料，如纳米片、纳米球、纳米花状球、纳米线、纳米棒、空心球等。

2.1 液相法2.1.1 模板法模板法是利用MoS 2的结构导向性与空间限域性，有效地调制了材料的结构、形貌、尺寸和排列等。

模板法是一种重要的方法来制备纳米结构，其具有能够精确控制纳米材料的结构，形貌和尺寸等优点，并且具有广泛的应用前景。

Sun 等[4]采用的是Masuda 的二次阳极氧化法，在低温条件下，制得直径均为100 nm 的MoS 2纳米材料。

化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2024 年第 43 卷第 1 期氮掺杂二硫化钼纳米催化剂的电催化析氢性能杨成功1，2，黄蓉1，2，王冬娥1，田志坚1（1 中国科学院大连化学物理研究所，辽宁 大连 116023；2 中国科学院大学，北京 100049）摘要：以钼酸钠为钼源，L-半胱氨酸为硫源和还原剂，双氰胺为氮源，采用水热法合成了一系列氮掺杂二硫化钼纳米催化剂（N-MoS 2）。

通过XRD 、SEM 、XPS 、Raman 等手段表征了不同N 掺杂量的N-MoS 2催化剂的形貌、元素分布、晶体结构和电子性质。

表征结果表明，合成的N-MoS 2催化剂均为纳米片层组成的花球，N 原子均匀掺杂进了MoS 2晶格中。

N 掺杂使得N 原子周围的Mo 和S 原子的电子密度增加，生成更多具有催化活性的不饱和配位点。

采用电化学工作站在酸性介质中测试了催化剂的线性扫描伏安曲线和塔菲尔斜率，评价了N-MoS 2纳米催化剂的电催化析氢（HER ）性能。

结果表明，MoS 2催化剂和N-MoS 2催化剂上的析氢反应均通过Volmer-Heyrovsky 路径进行。

MoS 2催化剂上析氢反应速控步骤为Volmer 反应，N-MoS 2催化剂上析氢反应的速控步骤为Heyrovsky 反应。

与MoS 2催化剂相比，N-MoS 2催化剂的塔菲尔斜率较低，析氢反应速率较快，显示出更好的电催化析氢性能。

尤其当N 与Mo 的原子为0.1时（N/Mo=0.1），制备的N-MoS 2-0.1催化剂表现出最好的电催化析氢性能，其塔菲尔斜率为60mV/dec 。

N-MoS 2催化剂的电催化活性提高可归结为不饱和配位点暴露量的增加和富电子的Mo 对Mo-H*的弱化。

关键词：氮掺杂；二硫化钼；催化剂；电化学；氢中图分类号：TQ15 文献标志码：A 文章编号：1000-6613（2024）01-0465-08Electrocatalytic hydrogen evolution performance of nitrogen-dopedmolybdenum disulfide nanocatalystsYANG Chenggong 1，2，HUANG Rong 1，2，WANG Dong’e 1，TIAN Zhijian 1(1 Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences, Dalian 116023, Liaoning, China;2University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)Abstract: A series of nitrogen-doped MoS 2 (N-MoS 2) nanocatalysts were synthesized by hydrothermal method with sodium molybdate as molybdenum source, L-cysteine as sulfur source and reducing agent, and dicyandiamide as nitrogen source. The crystal structure, morphology, elemental mapping and electronic properties of N-MoS 2 with different N doping contents were characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and Raman spectroscopy. The characterization results revealed that all synthesized N-MoS 2 catalysts were flower-like spheres composed of nanosheets, and N atoms were successfully doped into MoS 2 lattice and uniformly distributed in the N-MoS 2 nanocatalysts. The doping of N atoms increases the electron densities of Mo and研究开发DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2023-0213收稿日期：2023-02-17；修改稿日期：2023-03-28。

化学气相沉积法生长二维硫化钼及其在晶体管中的应用近年来,以石墨烯、过渡金属硫族化合物(TMDCs)为代表的二维层状材料因其独特的层状结构和光学、电学性质引起了极大的研究热情。

相较于零带隙的本征石墨烯,因层数效应,TMDCs拥有1.0～2.0eV的带隙,可以在逻辑器件和光电器件领域有更广阔的应用。

与其他制备方法相比,化学气相沉积(CVD)法能可控且高效地生长质量较高的TMDCs材料。

本论文使用CVD法制备了单层二硫化钼(MoS2)及不同成分的MoS2(1-x)Se2x 合金,并探索了它们在场效应晶体管中的应用,取得如下主要创新成果:(1)利用双管式CVD法在SiO2/Si衬底上生长了 MoS2圆形晶粒,这不同于通常文献报道的MoS2三角形晶粒。

改变前驱体三氧化钼(MoO3)的加热温度,可以使MoS2的晶粒形状从圆形演变为三角形。

利用拉曼(Raman)光谱、荧光(PL)光谱、原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等表征手段,证明MoS2圆形晶粒为单层的半导体2H相。

单层MoS2圆形晶粒的生长机理可归纳为:挥发的前驱体在衬底表面反应成核,随着小石英管内前驱体浓度的不断增加,反应从热力学控制转变为动力学控制,MoS2的生长不再遵循其晶体对称性,而是呈现各个方向生长速率一致的特性,最终生长为圆形的晶粒。

通过调控生长机制和优化生长参数,均匀生长出面积较大的单层MoS2薄膜。

(2)利用CVD法在SiO2/Si衬底上生长了成分和发光性能连续可调的单层MoS2(1-x)Se2x合金晶粒及其薄膜。

通过改变参与反应的硫(S)粉和硒(Se)粉的比例以及两者的加热温度和生长气氛,实现了发光峰位从675 nm到810 nm之间的调控。

实验发现,S比例和加热温度的升高均有利于连续薄膜的形成。

利用高分辨扫描俄歇电子能谱(AES),表征了合金的成分及其分布。

凭借AES的高度聚焦的电子束束斑,发现了 MoS2(1-x)Se2x合金晶粒中的成分不均匀性。

掺杂：二维半导体到半金属的转变半导体材料一直被广泛用于电子器件和光电子器件的制备中，因其具有适度的导电性和隔离性。

随着科学技术的不断发展，人们对半导体材料的性能和应用需求也在不断提高，这促使科学家们不断探索新的材料和新的材料性质。

二维材料由于其独特的结构和性质，成为了当前研究的热点之一，其中包括二维半导体材料。

近年来，研究人员发现了一种名为二硫化钼（MoS2）的二维半导体材料。

MoS2具有优异的光学和电学性质，因此备受关注，并被广泛用于光电器件的研究和制备中。

随着对MoS2的研究深入，一些问题也逐渐浮出水面，其中一个重要问题就是MoS2在一定条件下会发生掺杂，从而由半导体材料转变为半金属材料。

这一转变不仅影响了MoS2的性能和应用，也为研究人员提出了新的挑战和机遇。

掺杂是指在半导体晶格中引入杂质原子或缺陷，从而改变其导电性质的过程。

在MoS2中，存在着硫空位和硫缺陷等缺陷结构，这些缺陷可以引入额外的电子态或空穴态，从而影响了其导电性质。

MoS2还可以与其他物质发生化学反应，形成掺杂结构，进一步改变了其导电性质。

MoS2的掺杂可以分为两种类型：单质掺杂和化合物掺杂。

单质掺杂是指向MoS2晶格中引入杂质原子，例如氧、氮、硫等原子。

这些杂质原子可以改变MoS2的电子结构，从而影响其导电性质。

化合物掺杂则是指将MoS2与其他物质发生化学反应，形成复合物结构。

这种掺杂方式可以通过改变MoS2的晶格结构和原子排列，从而改变了其导电性质。

在MoS2发生掺杂后，其导电性质会发生明显的变化。

一方面，掺杂可以引入额外的电子态或空穴态，从而增强了MoS2的导电性。

掺杂也会改变MoS2的表面能带结构，使之成为半金属材料。

这些变化不仅影响了MoS2的自身性能，也对其在电子器件和光电子器件中的应用提出了新的要求。

在光电子器件中，MoS2的掺杂可以影响其光学性质和电学性质。

在光学器件中，掺杂可以改变MoS2的光学吸收谱，从而影响了其响应波段和光学增强效应。

二硫化钼掺杂改性FOX⁃7含能复合材料的热分解特性许紫岚;蔚明辉;赵煦;聂福德【期刊名称】《含能材料》【年(卷),期】2024(32)1【摘要】为了提高1,1‐二氨基‐2,2‐二硝基乙烯(FOX‐7)的热分解特性,在较低分解活化能下实现能量的快速释放,采用溶剂‐反溶剂的方法制备了掺杂改性的FOX‐7/MoS2含能复合材料。

采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线粉末衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、热重‐差示扫描量热仪(TG‐DSC)等分析测试手段对复合材料的形貌结构、物相组成、热分解特性、分解活化能进行了表征和测试。

结果表明,掺杂改性的FOX‐7/MoS2含能复合材料既可以提高低温阶段的分解温度,又可以催化高温下的分解放热。

其中,与原料相比,FOX‐7/MoS2‐5%的低温阶段的分解温度和分解活化能分别提高了6.8℃和78.6 kJ·mol^(-1);高温阶段的分解温度和分解活化能分别降低了23.4℃和340.4 kJ·mol^(-1)。

热重‐质谱结果表明,高温阶段FOX‐7/MoS2‐5%产物中CO_(2)的比例从7.3%增加到16.8%,表明MoS_(2)的掺杂改性又促进了高温阶段的分解,使分解更加完全和充分。

【总页数】7页(P31-37)【作者】许紫岚;蔚明辉;赵煦;聂福德【作者单位】中国工程物理研究院化工材料研究所【正文语种】中文【中图分类】TJ55;V512【相关文献】1.FOX-7的晶体结构和热分解特性2.含CL-20、DNTF和FOX-12的CMDB推进剂的热分解3.Fe2O3/氮掺杂石墨烯复合材料的热分解动力学4.油酸改性石墨烯/二硫化钼复合材料润滑添加剂的制备及摩擦学特性5.FOX-7热分解特性及V 2O 5对其热分解的影响因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

《二硫化钼复合材料的合成及其光催化和储锂性能研究》一、引言随着科技的发展，新型复合材料在光催化与能源存储领域的应用日益广泛。

二硫化钼（MoS2）作为一种典型的过渡金属硫化物，因其独特的物理和化学性质，在光催化与锂离子电池领域具有巨大的应用潜力。

本文旨在研究二硫化钼复合材料的合成方法，并探讨其光催化及储锂性能。

二、二硫化钼复合材料的合成二硫化钼复合材料的合成主要采用化学气相沉积法、液相法及物理气相沉积法等方法。

本文采用液相法合成二硫化钼复合材料，通过控制反应条件，成功制备出具有优良性能的二硫化钼复合材料。

在合成过程中，首先将钼源与硫源进行混合，然后加入适当的溶剂和表面活性剂，在一定的温度和压力下进行反应。

通过调节反应物的比例、反应温度和时间等参数，可以得到不同比例的二硫化钼与其他物质的复合材料。

三、光催化性能研究1. 光催化实验方法光催化实验采用紫外-可见光谱仪进行测试。

将合成的二硫化钼复合材料涂覆于石英玻璃上，形成均匀的薄膜，并置于紫外-可见光谱仪中进行测试。

通过观察光谱中光吸收峰的位置和强度，可以判断材料的光催化性能。

2. 光催化性能分析实验结果表明，合成的二硫化钼复合材料具有良好的光催化性能。

在紫外光照射下，该材料能够有效地降解有机污染物，如染料等。

此外，该材料还具有较高的光生电荷分离效率，能够显著提高光催化反应的效率。

四、储锂性能研究1. 储锂实验方法采用电池性能测试仪对二硫化钼复合材料的储锂性能进行测试。

将材料作为负极活性物质制备成纽扣电池，通过测量其充放电过程中的电流和电压变化来评价其储锂性能。

2. 储锂性能分析实验结果表明，二硫化钼复合材料具有良好的储锂性能。

该材料具有较高的比容量和优异的循环稳定性，能够为锂离子电池提供较高的能量密度和较长的使用寿命。

此外，该材料还具有较高的倍率性能，能够在短时间内完成充放电过程。

五、结论本文采用液相法成功合成了二硫化钼复合材料，并对其光催化和储锂性能进行了研究。