本文選題：二硫化鉬 + 超臨界二氧化碳��； 參考：《鄭州大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：超薄二維材料領(lǐng)域的興起和快速發(fā)展使其在催化、生物、電子和光電領(lǐng)域擁有廣闊的應(yīng)用前景,其中二硫化鉬(MoS_2)作為一種典型的層狀過(guò)渡金屬硫?qū)倩衔锞哂凶吭降睦砘再|(zhì),在許多領(lǐng)域擁有極大的應(yīng)用潛力。層狀MoS_2主要分為兩相:2H相和1T相。其中2H相為半導(dǎo)體相,1T相為金屬相。相對(duì)于2H相,1T相具有更高密度的活性位點(diǎn)和催化活性,但是由于其制備方法主要依賴于堿金屬離子插層,電子輻射等,而這些制備方法在材料的制備和應(yīng)用時(shí)都會(huì)存在一些不足,所以尋求一種高效、簡(jiǎn)便、綠色的相轉(zhuǎn)化方法仍然是現(xiàn)存的一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。超臨界流體做為一種傳統(tǒng)有機(jī)溶劑的替代溶劑,已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于納米材料的制備當(dāng)中。超臨界CO_2由于其臨界點(diǎn)容易達(dá)到,具有低粘度、低表面張力和高擴(kuò)散性等優(yōu)點(diǎn),并且通過(guò)調(diào)節(jié)溫度和壓力等條件可以大幅度地改變?nèi)軇┍旧淼男再|(zhì),而單層MoS_2對(duì)CO_2分子又具有很強(qiáng)的吸附能力,本文研究了MoS_2和CO_2間的相互作用,使層狀MoS_2與CO_2分子之間發(fā)生反應(yīng),并對(duì)發(fā)生相轉(zhuǎn)化的MoS_2進(jìn)行了光電催化和電催化領(lǐng)域的應(yīng)用。主要內(nèi)容如下:1)超臨界CO_2誘導(dǎo)的MoS_2的1T相轉(zhuǎn)變及其光電催化領(lǐng)域的應(yīng)用通過(guò)對(duì)已剝離的單層或少層MoS_2納米片進(jìn)行刺激,由于不同相對(duì)CO_2分子吸附能的不同,成功誘導(dǎo)部分穩(wěn)定的2H相轉(zhuǎn)化成1T相從而合成1T@2H-MoS_2平面異質(zhì)結(jié)。理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果闡明了超臨界二氧化碳促進(jìn)二硫化鉬進(jìn)行相轉(zhuǎn)化并使其穩(wěn)定的機(jī)理。由于金屬1T相的引入增加了載流子在電極間的傳輸效率,使載流子更快地轉(zhuǎn)移到具有催化活性的位點(diǎn)上,減少了光生電子空穴的復(fù)合幾率,延長(zhǎng)了光生載流子的壽命,最終大大提高了其在光電催化方面的表現(xiàn)。該方法通過(guò)卸壓后可以得到純凈的MoS_2平面異質(zhì)結(jié)分散液,避免了傳統(tǒng)鋰離子插層時(shí)間長(zhǎng)效率低的流程,和復(fù)雜的后期處理過(guò)程。2)超臨界CO_2誘導(dǎo)的MoS_2非晶化轉(zhuǎn)變及其電催化制氫應(yīng)用的研究。我們通過(guò)高溫超臨界CO_2的輔助,將晶體二硫化鉬非晶化,使用超臨界CO_2與水反應(yīng)形成具有腐蝕性的碳酸,破壞MoS_2原有的晶格結(jié)構(gòu)從而形成表面無(wú)序的非晶二硫化鉬。我們的研究表明由于非晶二硫化鉬表面暴露了更多的活性位點(diǎn),其在HER反應(yīng)上顯示了良好的催化活性。另一方面超臨界CO_2通過(guò)使原子在結(jié)構(gòu)上發(fā)生重排,使二硫化鉬表面發(fā)生鈍化從而抑制了光電子的非輻射復(fù)合,提高了其光致發(fā)光性能,這種共存的電學(xué)催化性能和光致發(fā)光性能為二維材料未來(lái)的發(fā)展提供了一個(gè)更廣闊的想象空間。
[Abstract]:The rise and rapid development of ultra-thin two-dimensional materials make them have a broad application prospect in the fields of catalysis, biology, electronics and photoelectricity, among which molybdenum disulfide (MoS _ 2) has excellent physicochemical properties as a typical layered transition metal sulfur compound. It has great application potential in many fields. The layered MoS_2 is mainly divided into two phases: 2H phase and 1T phase. Among them, 2H phase is semiconductor phase and 1 T phase is metal phase. The activity sites and catalytic activity of 2H phase ~ 1T phase are higher than that of 2H phase, but their preparation methods mainly depend on alkali metal ion intercalation, electron radiation and so on. However, these methods have some shortcomings in the preparation and application of materials, so it is still a great challenge to seek a kind of efficient, simple and green phase transformation method. Supercritical fluid has been widely used in the preparation of nanomaterials as a substitute for traditional organic solvents. Supercritical CO_2 has the advantages of low viscosity, low surface tension and high diffusivity due to its easy reaching critical point, and the properties of the solvent can be greatly changed by adjusting the temperature and pressure. However, monolayer MoS_2 has strong adsorption ability to CO_2 molecules. In this paper, the interaction between MoS_2 and CO_2 has been studied to make the reaction between layered MoS_2 and CO_2 molecules take place, and the application of MoS_2 in the field of photocatalysis and electrocatalysis has been carried out. The main contents are as follows: (1) the 1T phase transition of MoS_2 induced by supercritical CO_2 and its application in photocatalytic field stimulate the MoS_2 nanoparticles which have been peeled off, because of the different adsorption energies of different relative CO_2 molecules. The partially stable 2H phase was successfully induced to be transformed into 1T phase to synthesize the 1T@2H-MoS_2 plane heterojunction. The theoretical calculation and experimental results illustrate the mechanism of supercritical carbon dioxide (SCCO _ 2) promoting the phase transformation and stabilization of molybdenum disulfide. As the introduction of metal 1T phase increases the transport efficiency of carriers between electrodes, the carriers are transferred to the sites with catalytic activity more quickly, which reduces the recombination probability of photogenerated electron holes and prolongs the lifetime of photogenerated carriers. In the end, the performance of photocatalysis is greatly improved. In this method, the pure MoS_2 plane heterojunction dispersion can be obtained after decompression, and the traditional process of lithium ion intercalation with long time and low efficiency can be avoided. And complex post-treatment process. 2) MoS_2 amorphous transition induced by supercritical CO_2 and its application in hydrogen production by electrocatalysis. With the aid of supercritical CO_2 at high temperature, molybdenum disulfide (MoS) _ 2 was amorphous and reacted with water by supercritical CO_2 to form corrosive carbonic acid. The original lattice structure of MoS_2 was destroyed and the surface disordered molybdenum disordered (MoS) _ 2 was formed. Our results show that the amorphous molybdenum disulfide exhibits good catalytic activity in HER reaction due to the exposure of more active sites on the surface of amorphous molybdenum disulfide. On the other hand, supercritical CO_2 inhibits the non-radiative recombination of photoelectrons by rearranging the atoms and passivation on the surface of molybdenum disulfide, which improves the photoluminescence properties of molybdenum disulfide. This coexistence of electrocatalytic and photoluminescence properties provides a broader imagination for the future development of two-dimensional materials.
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TQ136.12;O643.36

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本文編號(hào)：1985266