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化學(xué)氣相沉積法制備二硫化鉬納米片及其催化性能的研究

發(fā)布時(shí)間：2020-11-16 20:27
　　 自從2004年石墨烯成功制備以來(lái),由于其不同于塊體材料的優(yōu)異性能,使得二維材料得到廣泛的關(guān)注。作為典型過(guò)渡金屬硫化物的二硫化鉬(MoS_2),更是研究的熱點(diǎn),MoS_2具有很多優(yōu)異的性能,如:是典型的層狀材料可以用于潤(rùn)滑劑;與零帶隙的石墨烯相比,其帶隙隨層數(shù)變化可調(diào)更適合用于電子器件中;理論計(jì)算表明MoS_2有與金屬鉑Pt相當(dāng)?shù)拇呋阅芄识梢杂糜陔姶呋鰵浞磻?yīng)。在這些優(yōu)異的性能中,由于國(guó)家對(duì)綠色能源的需求與政策支持,電催化析氫性能尤其受到關(guān)注。從2005年,單層的MoS_2制備成功以來(lái),研究者已經(jīng)探索了多種制備MoS_2薄膜的方法,根據(jù)制備方法不同,可以分為“由上而下”和“由下而上”兩類�！坝缮隙隆敝苽浞椒ㄖ饕ㄎC(jī)械剝離法,鋰離子插層剝離法,液相超聲剝離法;“由下而上”制備方法主要包括水熱法,化學(xué)氣相沉積法。在這些制備方法中,化學(xué)氣相沉積法因制備簡(jiǎn)單,生長(zhǎng)速度快,薄膜質(zhì)量好,對(duì)樣品的形貌、尺寸可控更適合工業(yè)化生產(chǎn)。本文主要通過(guò)化學(xué)氣相沉積法制備垂直生長(zhǎng)MoS_2納米片,研究沉積工藝條件對(duì)其生長(zhǎng)特征的影響,并建立生長(zhǎng)特征與其電催化析氫性能的聯(lián)系。主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)系統(tǒng)研究沉積參數(shù)如沉積壓強(qiáng)、氫氣流量、沉積時(shí)間、沉積位置、沉積溫度對(duì)垂直生長(zhǎng)MoS_2納米片的影響規(guī)律。利用X射線衍射(XRD)、激光Raman對(duì)所制備樣品的物相組成、晶體結(jié)構(gòu)及結(jié)晶性進(jìn)行表征;利用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察樣品表面、斷面形貌。且利用測(cè)量軟件計(jì)算納米片的平均長(zhǎng)度、平均密度;利用原子力顯微鏡(AFM)得到樣品表面形貌結(jié)構(gòu)、納米片的平均峰谷深度。最后得到在沉積壓強(qiáng)為250 Pa,氫氣流量為500 sccm,沉積時(shí)間為5min,沉積位置為5.5 cm時(shí)MoS_2納米片的平均長(zhǎng)度和平均峰谷深度最大,分別為440 nm和162 nm。(2)垂直生長(zhǎng)MoS_2納米片的生長(zhǎng)機(jī)理為擠壓生長(zhǎng)。隨著沉積時(shí)間的增大,樣品的形貌從小三角形納米片過(guò)渡為帶有兩個(gè)或三個(gè)三角的納米片,可以分析得知其原因是,在一定沉積時(shí)間范圍內(nèi),隨著沉積時(shí)間的增大,三角形納米片密度及尺寸逐漸增大,相鄰的納米片在長(zhǎng)大的過(guò)程中相互融合成一個(gè)納米片,從而形成帶有兩個(gè)或者三個(gè)角的納米片。(3)利用電化學(xué)工作站的三電極裝置對(duì)樣品進(jìn)行電催化測(cè)試。研究了在不同沉積參數(shù)下沉積在金(Au)基板上樣品的電催化性能的變化規(guī)律。得到在沉積壓強(qiáng)為250 Pa,氫氣流量為500 sccm,沉積時(shí)間為5 min,沉積位置為5.5 cm,沉積溫度為600°C時(shí)得到的樣品的塔菲爾斜率值最小(IR校正數(shù)據(jù)顯示為119.6mV/decade),即催化性能最好。此外,對(duì)樣品進(jìn)行線性伏安掃描測(cè)試循環(huán)測(cè)試1000圈,樣品表現(xiàn)出了良好的催化穩(wěn)定性。
【學(xué)位單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：O643.36;O614.612;TQ116.2
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
2的結(jié)構(gòu)'>    1.1 MoS2的結(jié)構(gòu)
2'>    1.2 二維材料MoS2
  •         1.2.1 微機(jī)械剝離法
            1.2.2 鋰離子插層剝離法
            1.2.3 液相超聲剝離法
            1.2.4 水熱法
            1.2.5 化學(xué)氣相沉積法
    2的性質(zhì)與應(yīng)用'>    1.3 MoS2的性質(zhì)與應(yīng)用
            1.3.1 潤(rùn)滑性能與應(yīng)用
            1.3.2 電學(xué)性能與應(yīng)用
            1.3.3 光學(xué)性能與應(yīng)用
            1.3.4 催化性能與應(yīng)用
    2納米片'>    1.4 垂直生長(zhǎng)MoS2納米片
        1.5 論文工作的目的與主要研究?jī)?nèi)容
    2納米片的制備與表征'>第2章 MoS2納米片的制備與表征
        2.1 實(shí)驗(yàn)材料與設(shè)備
        2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與工藝
        2.3 實(shí)驗(yàn)沉積參數(shù)
        2.4 測(cè)試與表征方法
            2.4.1 X射線衍射
            2.4.2 激光Raman光譜
            2.4.3 掃描電子顯微鏡
            2.4.4 原子力顯微鏡
            2.4.5 X射線光電子能譜
            2.4.6 透射電子顯微鏡
            2.4.7 電化學(xué)測(cè)試
    2納米片'>第3章 化學(xué)氣相沉積制備垂直生長(zhǎng)MoS2納米片
    2生長(zhǎng)的影響'>    3.1 沉積壓強(qiáng)對(duì)MoS2生長(zhǎng)的影響
    2生長(zhǎng)的影響'>    3.2 氫氣流量對(duì)MoS2生長(zhǎng)的影響
    2生長(zhǎng)的影響'>    3.3 沉積時(shí)間對(duì)MoS2生長(zhǎng)的影響
    2生長(zhǎng)的影響'>    3.4 沉積位置對(duì)MoS2生長(zhǎng)的影響
    2生長(zhǎng)的影響'>    3.5 沉積溫度對(duì)MoS2生長(zhǎng)的影響
    2納米片生長(zhǎng)機(jī)理研究'>    3.6 垂直生長(zhǎng)MoS2納米片生長(zhǎng)機(jī)理研究
        3.7 本章小結(jié)
    2納米片催化性能研究'>第4章 垂直生長(zhǎng)MoS2納米片催化性能研究
        4.1 電催化析氫原理
    2納米片催化性能的影響'>    4.2 沉積壓強(qiáng)對(duì)MoS2納米片催化性能的影響
    2納米片催化性能的影響'>    4.3 氫氣流量對(duì)MoS2納米片催化性能的影響
    2納米片催化性能的影響'>    4.4 沉積位置對(duì)MoS2納米片催化性能的影響
    2納米片催化性能的影響'>    4.5 沉積溫度對(duì)MoS2納米片催化性能的影響
        4.6 本章小結(jié)
    第5章 結(jié)論與展望
    參考文獻(xiàn)
    攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表相關(guān)科研成果
    致謝

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    本文編號(hào)：2886628

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