二維層狀材料MX 2 的濕敏特性及催化析氫特性研究
發(fā)布時(shí)間：2021-11-21 23:26
二維層狀材料的少層/薄層片狀結(jié)構(gòu)賦予其大的比表面積、大量的表面暴露活性位點(diǎn),這使得其在電化學(xué)催化、氣/濕敏傳感等領(lǐng)域的應(yīng)用備受關(guān)注。本論文以過渡金屬化合物二硫化鉬（MoS2）、二硫化鎢（WS2）及二硒化鉬（MoSe2）為研究對(duì)象,采用液相超聲剝離法得到薄層納米片,并利用噴墨印刷技術(shù)制備了催化析氫電極和濕敏傳感器。分別研究了器件的催化析氫性能及濕敏性能。主要研究工作及結(jié)果如下:（1）在無(wú)水乙醇與去離子水的混合溶劑體系中,加入聚乙烯吡咯烷酮（polyvinyl pyrrolidone,PVP）與還原氧化石墨烯（reduced graphene oxide,rGO）,采用液相超聲剝離方法得到分別含有MoS2、WS2、MoSe2薄層納米片的MX2-PVP-rGO墨水。紫外-可見吸收光譜測(cè)試結(jié)果表明,MX2-PVP-rGO墨水的濃度隨剝離時(shí)間延長(zhǎng)而增大;掃描電子顯微鏡（SEM）及X射線衍射（XRD）測(cè)試結(jié)果表明,體材經(jīng)剝離...
【文章來(lái)源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁(yè)數(shù)】：63 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
二維層狀材料的組成元素分布
電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文2從結(jié)構(gòu)上講，納米片的堆積作用形成了層狀材料，在各個(gè)片層間有弱相互作用力，其中包括了范德華力、氫鍵，在每一層內(nèi)主要是原子間的共價(jià)鍵作用力形成二維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。通過剝離的方法將層間作用力減弱，將能得到單層或者少層的納米片，這種納米片有獨(dú)特的性質(zhì)，可廣泛應(yīng)用于光電器件[10]、電子芯片[11]、氣/濕敏器件[12]，電化學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域[13-14]。下面將具體介紹三種MX2型材料基本性質(zhì)。MoS2的應(yīng)用很廣泛，性狀是黑色粉末，常存于輝鉬礦，不溶于水、酸、堿，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，嵌鋰容量高，一般用在鋰離子電池上，有類似于金屬鉑的氫吸附自由能[15]。層間距為0.65nm[16]，層間的范德華力較弱[17]，容易被外力破壞形成單層，當(dāng)其由塊狀變?yōu)閱螌訒r(shí)，能帶結(jié)構(gòu)由間接帶隙轉(zhuǎn)變?yōu)橹苯訋�，禁帶寬度�?.29eV變?yōu)?.8eV[18]。其單片層結(jié)構(gòu)為三明治型，中間是Mo原子，上下兩層為S原子，在片層內(nèi)部，每個(gè)Mo原子與附近的六個(gè)S原子成鍵，層內(nèi)的鍵作用力較強(qiáng)，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1-2。當(dāng)MoS2被剝離為單層或少層后，它的比表面積將會(huì)大大增強(qiáng)且會(huì)產(chǎn)生很多的不飽和鍵，這有利于其在濕敏傳感方面發(fā)揮作用。沿著片的邊緣有豐富的活性位點(diǎn)[19]，有利于在許多電化學(xué)反應(yīng)發(fā)揮作用。圖1-2MoS2結(jié)構(gòu)示意圖原子的不同排列方式導(dǎo)致不同晶體結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，金屬相與半導(dǎo)體相[20,21]，MoS2的晶體結(jié)構(gòu)：1T相、2H相和3R相，如圖1-3所示，1T相堆積類型為八面體結(jié)構(gòu)（Octahedral），2H相為六角對(duì)稱的三角棱柱結(jié)構(gòu)（trigonalprismatic），3R相為三角棱柱結(jié)構(gòu)，堆積示意圖如圖1-3。2H相為穩(wěn)定相，在自然界中以2H相居多，1T相與3R相為亞穩(wěn)相，在一定的外力條件下，如熱處理、壓力、剪切力及缺陷的引入等，1T相與3R相將會(huì)轉(zhuǎn)化為2H相。
第一章緒論3圖1-3三種原子堆積方式[22]MoSe2作為一種金屬硒化物，與金屬硫化物相比，它相關(guān)研究相對(duì)較少，硫與硒同主族不同周期，性質(zhì)上也有一些差異，硒原子半徑大于硫，金屬性強(qiáng)一些，電離能小于硫，由于結(jié)構(gòu)導(dǎo)致性質(zhì)的差異將影響它們?cè)趯?shí)際應(yīng)用的差異，與金屬硫化物相比，金屬硒化物有更窄的帶隙、線寬和更容易的電子空穴分離等。從結(jié)構(gòu)上講，MoSe2具有與MoS2類似的三明治結(jié)構(gòu)[23]，也是Se-Mo-Se結(jié)構(gòu)[24,25]，也有不同的配位結(jié)構(gòu)，對(duì)應(yīng)著不同的堆垛形式，1T、2H和3R，組成八面體配位及三角棱柱配位結(jié)構(gòu)。MoSe2經(jīng)剝離減薄后，比表面積增強(qiáng)、表面區(qū)域電子特性增強(qiáng)及親水性增強(qiáng)，而且它的能帶結(jié)構(gòu)也會(huì)變化，塊狀間接帶隙1.1eV，單層片狀直接帶隙[26]，能帶寬度1.5eV[27]，與太陽(yáng)光譜吻合，可以廣范圍吸收太陽(yáng)能[28]，從而進(jìn)行能量的吸收、轉(zhuǎn)化及存儲(chǔ)。WS2為黑色粉末，熱穩(wěn)定性強(qiáng)于MoS2，結(jié)構(gòu)為三明治夾心結(jié)構(gòu)，三種晶型，三方晶系、六方晶系、斜六方晶系，在其單層結(jié)構(gòu)中有兩類同素異形體，具有半導(dǎo)體特性的2H相晶體屬于D3h點(diǎn)陣群，具有金屬性的1T相晶體屬于D3d點(diǎn)陣群，WS2層間為較弱的范德華力，層間距約為0.9nm，比MoS2的層間距略大，這一差別主要由于鎢的相對(duì)原子質(zhì)量比鉬大，故MoS2層間的范德華力相對(duì)較大，片層間距離就相應(yīng)的小一些[29-31]。1.2.2二維層狀MX2納米片的制備方法當(dāng)二維層狀材料被剝離為單層或少層后，其優(yōu)異的性質(zhì)才會(huì)顯現(xiàn)出來(lái)，對(duì)于二維層狀材料納米片，主要通過自下而上和自上而下法生成。自下而上的方法的核心理念就是一系列反應(yīng)物的合成過程，通過控制反應(yīng)條件和原料合成所需目標(biāo)產(chǎn)物，常見的方法如水熱法[32-34]、化學(xué)氣相沉積法等[35]；而自上而下的方法主要在于從原料?
【參考文獻(xiàn)】：
博士論文
[1]低維納米材料性能調(diào)控的理論研究[D]. 李秀玲.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2016
本文編號(hào)：3510464
【文章來(lái)源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁(yè)數(shù)】：63 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
二維層狀材料的組成元素分布
電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文2從結(jié)構(gòu)上講，納米片的堆積作用形成了層狀材料，在各個(gè)片層間有弱相互作用力，其中包括了范德華力、氫鍵，在每一層內(nèi)主要是原子間的共價(jià)鍵作用力形成二維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。通過剝離的方法將層間作用力減弱，將能得到單層或者少層的納米片，這種納米片有獨(dú)特的性質(zhì)，可廣泛應(yīng)用于光電器件[10]、電子芯片[11]、氣/濕敏器件[12]，電化學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域[13-14]。下面將具體介紹三種MX2型材料基本性質(zhì)。MoS2的應(yīng)用很廣泛，性狀是黑色粉末，常存于輝鉬礦，不溶于水、酸、堿，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，嵌鋰容量高，一般用在鋰離子電池上，有類似于金屬鉑的氫吸附自由能[15]。層間距為0.65nm[16]，層間的范德華力較弱[17]，容易被外力破壞形成單層，當(dāng)其由塊狀變?yōu)閱螌訒r(shí)，能帶結(jié)構(gòu)由間接帶隙轉(zhuǎn)變?yōu)橹苯訋�，禁帶寬度�?.29eV變?yōu)?.8eV[18]。其單片層結(jié)構(gòu)為三明治型，中間是Mo原子，上下兩層為S原子，在片層內(nèi)部，每個(gè)Mo原子與附近的六個(gè)S原子成鍵，層內(nèi)的鍵作用力較強(qiáng)，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1-2。當(dāng)MoS2被剝離為單層或少層后，它的比表面積將會(huì)大大增強(qiáng)且會(huì)產(chǎn)生很多的不飽和鍵，這有利于其在濕敏傳感方面發(fā)揮作用。沿著片的邊緣有豐富的活性位點(diǎn)[19]，有利于在許多電化學(xué)反應(yīng)發(fā)揮作用。圖1-2MoS2結(jié)構(gòu)示意圖原子的不同排列方式導(dǎo)致不同晶體結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，金屬相與半導(dǎo)體相[20,21]，MoS2的晶體結(jié)構(gòu)：1T相、2H相和3R相，如圖1-3所示，1T相堆積類型為八面體結(jié)構(gòu)（Octahedral），2H相為六角對(duì)稱的三角棱柱結(jié)構(gòu)（trigonalprismatic），3R相為三角棱柱結(jié)構(gòu)，堆積示意圖如圖1-3。2H相為穩(wěn)定相，在自然界中以2H相居多，1T相與3R相為亞穩(wěn)相，在一定的外力條件下，如熱處理、壓力、剪切力及缺陷的引入等，1T相與3R相將會(huì)轉(zhuǎn)化為2H相。
第一章緒論3圖1-3三種原子堆積方式[22]MoSe2作為一種金屬硒化物，與金屬硫化物相比，它相關(guān)研究相對(duì)較少，硫與硒同主族不同周期，性質(zhì)上也有一些差異，硒原子半徑大于硫，金屬性強(qiáng)一些，電離能小于硫，由于結(jié)構(gòu)導(dǎo)致性質(zhì)的差異將影響它們?cè)趯?shí)際應(yīng)用的差異，與金屬硫化物相比，金屬硒化物有更窄的帶隙、線寬和更容易的電子空穴分離等。從結(jié)構(gòu)上講，MoSe2具有與MoS2類似的三明治結(jié)構(gòu)[23]，也是Se-Mo-Se結(jié)構(gòu)[24,25]，也有不同的配位結(jié)構(gòu)，對(duì)應(yīng)著不同的堆垛形式，1T、2H和3R，組成八面體配位及三角棱柱配位結(jié)構(gòu)。MoSe2經(jīng)剝離減薄后，比表面積增強(qiáng)、表面區(qū)域電子特性增強(qiáng)及親水性增強(qiáng)，而且它的能帶結(jié)構(gòu)也會(huì)變化，塊狀間接帶隙1.1eV，單層片狀直接帶隙[26]，能帶寬度1.5eV[27]，與太陽(yáng)光譜吻合，可以廣范圍吸收太陽(yáng)能[28]，從而進(jìn)行能量的吸收、轉(zhuǎn)化及存儲(chǔ)。WS2為黑色粉末，熱穩(wěn)定性強(qiáng)于MoS2，結(jié)構(gòu)為三明治夾心結(jié)構(gòu)，三種晶型，三方晶系、六方晶系、斜六方晶系，在其單層結(jié)構(gòu)中有兩類同素異形體，具有半導(dǎo)體特性的2H相晶體屬于D3h點(diǎn)陣群，具有金屬性的1T相晶體屬于D3d點(diǎn)陣群，WS2層間為較弱的范德華力，層間距約為0.9nm，比MoS2的層間距略大，這一差別主要由于鎢的相對(duì)原子質(zhì)量比鉬大，故MoS2層間的范德華力相對(duì)較大，片層間距離就相應(yīng)的小一些[29-31]。1.2.2二維層狀MX2納米片的制備方法當(dāng)二維層狀材料被剝離為單層或少層后，其優(yōu)異的性質(zhì)才會(huì)顯現(xiàn)出來(lái)，對(duì)于二維層狀材料納米片，主要通過自下而上和自上而下法生成。自下而上的方法的核心理念就是一系列反應(yīng)物的合成過程，通過控制反應(yīng)條件和原料合成所需目標(biāo)產(chǎn)物，常見的方法如水熱法[32-34]、化學(xué)氣相沉積法等[35]；而自上而下的方法主要在于從原料?
【參考文獻(xiàn)】：
博士論文
[1]低維納米材料性能調(diào)控的理論研究[D]. 李秀玲.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2016
本文編號(hào)：3510464
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