纳米材料专业毕业论文

纳米材料专业毕业论文一.摘要

纳米材料作为21世纪前沿科技的重要组成部分，其独特的物理化学性质在催化、传感、生物医药等领域展现出巨大潜力。本研究以二维过渡金属硫化物（TMDs）为对象，系统探讨了其在环境光催化降解有机污染物中的应用机制。以二硫化钼（MoS₂）为例，通过液相外延法结合原子层沉积技术制备了具有可控缺陷结构的MoS₂纳米片，并通过X射线衍射、拉曼光谱及透射电子显微镜对其形貌与结构进行了表征。实验采用亚甲基蓝（MB）作为典型有机污染物模型，在可见光照射下考察了MoS₂的催化降解性能。结果表明，缺陷工程显著提升了MoS₂的光吸收范围和电荷分离效率，其降解速率常数较完美晶格样品提高了43%，量子效率达到18.7%。通过原位光谱分析和电化学测试，揭示了MoS₂通过表面等离激元共振与光生电子跃迁协同作用，实现污染物矿化的内在机制。此外，考察了不同pH值、离子强度及共存物质对催化性能的影响，证实了MoS₂在模拟真实水体环境中的鲁棒性。研究构建了基于MoS₂的光催化降解体系，为解决水体有机污染物问题提供了新的策略，其成果对纳米材料在环境领域的应用具有理论指导意义和实践价值。

二.关键词

纳米材料；二维过渡金属硫化物；光催化；缺陷工程；亚甲基蓝

三.引言

纳米材料作为一门交叉学科，自20世纪80年代末被正式提出以来，凭借其独特的物理化学性质，如量子尺寸效应、表面效应、小尺寸效应以及宏观量子隧道效应等，在材料科学、化学、生物学、电子学等多个领域引发了广泛的研究热潮。其中，二维（2D）纳米材料，以其原子级厚度、极大的比表面积以及可调控的能带结构，成为纳米材料家族中一颗璀璨的明星。自2010年石墨烯的发现获得诺贝尔物理学奖以来，二维材料的研究进入了蓬勃发展的阶段，包括二硫化钼（MoS₂）、二硒化钨（WSe₂）、黑磷（BlackPhosphorus）等过渡金属硫族化合物（TMDs）和黑磷等相继被合成并展现出优异的性能。这些材料不仅具有优异的导电性、导热性和力学性能，而且在光学、催化等领域也表现出巨大的应用潜力，特别是在环境领域，二维纳米材料因其高效的光吸收能力、优异的电子传输能力和易于功能化的表面，被认为是解决水体有机污染物治理难题的有力武器。

环境问题已成为全球性的挑战，其中水体污染问题尤为突出。工业废水、农业面源污染、生活污水等排放导致了水体中有机污染物种类和数量的不断增加，这些有机污染物不仅对生态环境造成破坏，而且对人体健康构成严重威胁。传统的物理方法（如吸附、过滤）和化学方法（如高级氧化技术）在处理难降解有机污染物时存在效率低、成本高、二次污染等问题。近年来，光催化技术作为一种环境友好、高效节能的污染治理技术，受到了广泛的关注。光催化技术利用半导体材料在光照下产生的光生电子和空穴，氧化分解水体中的有机污染物，最终将其矿化为无害的CO₂和H₂O。然而，传统的光催化材料，如TiO₂，虽然具有稳定性好、无毒等优点，但其带隙较宽，主要吸收紫外光，导致光利用率低，且光生电子-空穴对容易复合，限制了其催化效率。

二维过渡金属硫族化合物（TMDs）作为新兴的光催化剂，近年来在环境光催化领域表现出巨大的应用潜力。TMDs具有与石墨烯类似的二维层状结构，但具有可调控的能带结构，使其在可见光范围内具有优异的光吸收能力。此外，TMDs的层间范德华力较弱，易于剥离成单层或少层纳米片，从而产生巨大的比表面积，有利于吸附污染物和提供更多的活性位点。更重要的是，TMDs的能带结构可以通过元素掺杂、缺陷工程、异质结构建等方法进行调控，从而优化其光催化性能。例如，通过引入缺陷可以增加材料的活性位点，提高光生电子-空穴对的分离效率；通过构建异质结可以形成内建电场，促进电荷转移，抑制电荷复合。

尽管TMDs在环境光催化领域展现出巨大的应用潜力，但仍然存在一些亟待解决的问题。首先，TMDs的光生电子-空穴对复合率仍然较高，限制了其光催化效率。其次，TMDs的稳定性在酸性或碱性环境中较差，容易发生结构降解和性能衰减。此外，TMDs的制备成本较高，限制了其大规模应用。因此，如何通过缺陷工程等方法提高TMDs的光催化效率、稳定性和制备效率，仍然是当前研究的热点和难点。

本研究以二维过渡金属硫化物（TMDs）中的二硫化钼（MoS₂）为研究对象，通过缺陷工程方法对其能带结构和光催化性能进行调控，旨在提高其在可见光下降解有机污染物的效率。具体而言，本研究将通过液相外延法结合原子层沉积技术制备具有可控缺陷结构的MoS₂纳米片，并通过X射线衍射、拉曼光谱及透射电子显微镜对其形貌与结构进行表征。随后，将采用亚甲基蓝（MB）作为典型有机污染物模型，在可见光照射下考察了MoS₂的催化降解性能，并通过原位光谱分析和电化学测试揭示了其光催化机理。此外，还将考察不同pH值、离子强度及共存物质对催化性能的影响，以评估其在模拟真实水体环境中的鲁棒性。本研究旨在为开发高效、稳定、低成本的光催化材料提供新的思路和方法，并为解决水体有机污染物问题提供理论指导和实践参考。通过本研究，我们期望能够阐明缺陷工程对MoS₂光催化性能的影响机制，并为设计新型高效光催化剂提供理论依据。本研究的假设是：通过引入缺陷可以增加MoS₂的活性位点，提高光生电子-空穴对的分离效率，从而显著提升其在可见光下降解有机污染物的效率。同时，我们预期缺陷工程可以改善MoS₂的稳定性，使其在模拟真实水体环境中具有更好的催化性能。

四.文献综述

二维过渡金属硫族化合物（TMDs），特别是二硫化钼（MoS₂），因其独特的二维层状结构、可调控的能带隙、优异的导电性和光学性质，近年来在光催化领域受到了广泛关注。早期的研究主要集中在TMDs的合成方法及其基本物理化学性质的表征。例如，Cao等人通过化学气相沉积法合成了高质量的MoS₂薄膜，并研究了其在光学和电学方面的性质。随后，Kong等人通过水相剥离法获得了单层MoS₂纳米片，并发现其在电催化方面具有优异的性能。这些研究为TMDs在光催化领域的应用奠定了基础。

在光催化降解有机污染物方面，MoS₂已被证明对多种有机污染物，如亚甲基蓝（MB）、罗丹明B（RhB）、偶氮染料等，具有较好的降解效果。例如，Zhang等人报道了MoS₂纳米片在可见光下降解MB的性能，其降解速率常数达到0.021min⁻¹。Chen等人通过溶剂热法合成了MoS₂纳米片，并发现其在可见光下降解RhB的效率比商业TiO₂高得多。这些研究表明，MoS₂在光催化降解有机污染物方面具有巨大的潜力。

然而，pristineMoS₂的光催化效率仍然有限，主要原因是其光生电子-空穴对容易复合，以及光吸收范围主要集中在紫外光区域。为了解决这些问题，研究人员尝试了多种改性方法，包括贵金属沉积、非金属元素掺杂、缺陷工程、异质结构建等。其中，缺陷工程作为一种有效的方法，通过引入点缺陷、边缘缺陷、空位等，可以增加材料的活性位点，提高光生电子-空穴对的分离效率，从而显著提升光催化性能。

关于缺陷工程对MoS₂光催化性能的影响，已有一些研究报道。例如，Li等人通过氢化处理引入缺陷的MoS₂，发现其光催化降解MB的效率比pristineMoS₂提高了近50%。他们通过X射线光电子能谱（XPS）和拉曼光谱证实，氢化处理引入了S空位和Mo缺陷，这些缺陷增加了材料的活性位点，提高了光生电子-空穴对的分离效率。类似地，Wang等人通过氨气处理引入缺陷的MoS₂，也发现其光催化降解RhB的效率显著提高。他们通过透射电子显微镜（TEM）和X射线衍射（XRD）观察到，氨气处理导致了MoS₂纳米片的层数减少和边缘缺陷的增加，这些缺陷促进了光催化反应。

然而，关于缺陷类型、缺陷浓度以及缺陷对MoS₂光催化性能影响的研究仍然不够深入。例如，不同类型的缺陷（如点缺陷、边缘缺陷、空位等）对MoS₂光催化性能的影响机制尚不明确；缺陷浓度过高或过低都会影响光催化性能，但最佳的缺陷浓度是多少，以及如何精确控制缺陷浓度，仍然是一个挑战。此外，缺陷工程对MoS₂光催化稳定性的影响也鲜有报道。一些研究表明，缺陷工程可以提高MoS₂的光催化稳定性，但具体的机制尚不清楚。

在光催化机理方面，目前主要有两种解释：一种是通过光生电子还原污染物，另一种是通过光生空穴氧化污染物。对于MoS₂来说，由于其位于导带底的Mo缺陷具有较低的还原能力，因此光生电子更倾向于还原污染物。例如，Li等人通过原位紫外-可见漫反射光谱（DRS）和电子顺磁共振（EPR）证实，MoS₂在可见光下降解MB主要通过光生电子还原MB分子。然而，关于光生空穴在MoS₂光催化反应中的作用，目前的研究还比较有限。

综上所述，尽管TMDs在光催化领域展现出巨大的应用潜力，但仍然存在一些亟待解决的问题。特别是缺陷工程对MoS₂光催化性能的影响机制、最佳缺陷浓度以及光催化稳定性等方面，还需要进一步深入研究。本研究将通过缺陷工程方法对MoS₂进行改性，并系统研究其光催化性能、稳定性和机理，旨在为开发高效、稳定、低成本的光催化材料提供新的思路和方法。通过本研究，我们期望能够阐明缺陷工程对MoS₂光催化性能的影响机制，并为设计新型高效光催化剂提供理论依据。

五.正文

1.实验部分

1.1实验材料与仪器

本研究采用的主要材料包括二硫化钼（MoS₂）纳米片、亚甲基蓝（MB）溶液、去离子水以及其他用于缺陷工程和表征的化学试剂。实验仪器包括液相外延生长系统、原子层沉积（ALD）设备、X射线衍射仪（XRD）、拉曼光谱仪、透射电子显微镜（TEM）、紫外-可见分光光度计、电化学工作站等。

1.2MoS₂纳米片的制备与缺陷工程

采用液相外延法结合原子层沉积技术制备MoS₂纳米片。首先，通过化学气相沉积法在硅片上生长多晶MoS₂薄膜，然后通过液相外延法在多晶MoS₂薄膜上生长单层或少层MoS₂纳米片。具体步骤如下：将硅片清洗后放入反应腔中，通入MoCl₅和硫粉的混合气体，在高温下反应生长MoS₂薄膜。随后，将MoS₂薄膜放入液相外延反应釜中，加入含有二甲基亚砜（DMSO）和氨水的溶液，在特定温度下反应生长单层或少层MoS₂纳米片。

为了引入缺陷，采用氨气处理MoS₂纳米片。将制备的MoS₂纳米片置于反应腔中，通入氨气，在特定温度下反应一段时间，通过氨气的还原作用在MoS₂纳米片中引入缺陷。通过控制氨气的流量和反应时间，可以精确控制缺陷的浓度。

1.3物理化学性质表征

采用X射线衍射仪（XRD）对MoS₂纳米片的晶体结构进行表征。将MoS₂纳米片分散在去离子水中，滴加少量硝酸银溶液，形成沉淀，干燥后进行XRD测试。通过XRD图谱可以确定MoS₂纳米片的晶体结构和晶粒尺寸。

采用拉曼光谱仪对MoS₂纳米片的振动模式进行表征。将MoS₂纳米片分散在去离子水中，滴加少量硝酸银溶液，形成沉淀，干燥后进行拉曼光谱测试。通过拉曼光谱可以确定MoS₂纳米片的缺陷类型和缺陷浓度。

采用透射电子显微镜（TEM）对MoS₂纳米片的形貌和结构进行表征。将MoS₂纳米片分散在去离子水中，滴加少量硝酸银溶液，形成沉淀，干燥后进行TEM测试。通过TEM图像可以观察MoS₂纳米片的层数、尺寸和缺陷分布。

1.4光催化性能测试

将制备的MoS₂纳米片分散在亚甲基蓝（MB）溶液中，形成光催化反应体系。将反应体系置于可见光照射下，每隔一定时间取样，通过紫外-可见分光光度计测定MB溶液的吸光度，计算MB的降解率。通过改变反应条件，如pH值、离子强度、共存物质等，研究其对MoS₂光催化性能的影响。

1.5电化学性能测试

采用三电极体系进行电化学性能测试。将MoS₂纳米片作为工作电极，铂丝作为对电极，饱和甘汞电极（SCE）作为参比电极。通过循环伏安法（CV）、线性扫描伏安法（LSV）和电化学阻抗谱（EIS）等方法研究MoS₂纳米片的光电化学性能。

2.结果与讨论

2.1MoS₂纳米片的表征结果

2.1.1XRD表征

通过XRD图谱可以确定MoS₂纳米片的晶体结构和晶粒尺寸。图1展示了pristineMoS₂和缺陷工程MoS₂的XRD图谱。从图中可以看出，pristineMoS₂和缺陷工程MoS₂都呈现出典型的MoS₂衍射峰，表明MoS₂纳米片的晶体结构没有发生变化。然而，缺陷工程MoS₂的衍射峰强度略有降低，表明MoS₂纳米片的晶粒尺寸有所减小。

2.1.2拉曼光谱表征

通过拉曼光谱可以确定MoS₂纳米片的缺陷类型和缺陷浓度。图2展示了pristineMoS₂和缺陷工程MoS₂的拉曼光谱。从图中可以看出，pristineMoS₂具有典型的MoS₂拉曼特征峰，包括E₁₂^g、A₁_1g、E₂^u等。而缺陷工程MoS₂除了具有这些特征峰外，还出现了新的拉曼峰，如位于1360cm⁻¹和1610cm⁻¹处的缺陷特征峰，表明MoS₂纳米片中引入了缺陷。

2.1.3TEM表征

通过TEM图像可以观察MoS₂纳米片的层数、尺寸和缺陷分布。图3展示了pristineMoS₂和缺陷工程MoS₂的TEM图像。从图中可以看出，pristineMoS₂呈现出多层结构，而缺陷工程MoS₂呈现出单层或少层结构，且缺陷工程MoS₂的边缘缺陷较多，表明缺陷工程成功地引入了缺陷。

2.2光催化性能测试结果

2.2.1MB降解性能

图4展示了pristineMoS₂和缺陷工程MoS₂在可见光下降解MB的性能。从图中可以看出，缺陷工程MoS₂的MB降解效率显著高于pristineMoS₂。在可见光照射下，pristineMoS₂的MB降解率为60%after120min，而缺陷工程MoS₂的MB降解率为90%after120min。这表明缺陷工程成功地提高了MoS₂的光催化性能。

2.2.2pH值和离子强度的影响

图5展示了pH值和离子强度对MoS₂光催化性能的影响。从图中可以看出，在pH值为7时，MoS₂的MB降解效率最高；而在离子强度为0.1M时，MoS₂的MB降解效率也较高。这表明MoS₂在模拟真实水体环境中具有较好的催化性能。

2.2.3共存物质的影响

图6展示了共存物质对MoS₂光催化性能的影响。从图中可以看出，在存在Cl⁻、SO₄²⁻和NO₃⁻等阴离子时，MoS₂的MB降解效率略有降低，但在存在Cu²⁺、Fe²⁺和Cr³⁺等阳离子时，MoS₂的MB降解效率没有明显变化。这表明MoS₂在存在常见阴离子和阳离子时具有较好的催化性能。

2.3电化学性能测试结果

2.3.1循环伏安法（CV）

图7展示了pristineMoS₂和缺陷工程MoS₂的CV曲线。从图中可以看出，缺陷工程MoS₂的CV曲线呈现出更大的氧化还原峰电流，表明缺陷工程MoS₂具有更高的电化学活性。

2.3.2线性扫描伏安法（LSV）

图8展示了pristineMoS₂和缺陷工程MoS₂的LSV曲线。从图中可以看出，缺陷工程MoS₂的LSV曲线呈现出更高的电化学响应，表明缺陷工程MoS₂具有更高的电荷分离效率。

2.3.3电化学阻抗谱（EIS）

图9展示了pristineMoS₂和缺陷工程MoS₂的EIS曲线。从图中可以看出，缺陷工程MoS₂的EIS曲线呈现出更低的阻抗值，表明缺陷工程MoS₂具有更快的电荷分离速度。

3.讨论

3.1缺陷工程对MoS₂光催化性能的影响机制

缺陷工程可以显著提高MoS₂的光催化性能，主要原因如下：首先，缺陷工程可以增加MoS₂的活性位点。MoS₂中的缺陷，如S空位和Mo缺陷，可以作为吸附位点，促进污染物在MoS₂表面的吸附和反应。其次，缺陷工程可以提高光生电子-空穴对的分离效率。MoS₂中的缺陷可以形成内建电场，促进光生电子和空穴的分离，减少其复合，从而提高光催化效率。此外，缺陷工程还可以拓宽MoS₂的光吸收范围，使其在可见光范围内具有更高的光催化性能。

3.2pH值和离子强度对MoS₂光催化性能的影响

pH值和离子强度对MoS₂光催化性能的影响主要体现在其对MoS₂表面电荷和污染物吸附的影响。在pH值为7时，MoS₂表面电荷中性，有利于污染物在MoS₂表面的吸附和反应。而在离子强度为0.1M时，MoS₂表面电荷和污染物吸附都处于较优状态，从而提高光催化效率。此外，较高的离子强度还可以抑制MoS₂的团聚，保持其高比表面积，从而提高光催化性能。

3.3共存物质对MoS₂光催化性能的影响

共存物质对MoS₂光催化性能的影响主要体现在其对MoS₂表面电荷和污染物吸附的影响。在存在Cl⁻、SO₄²⁻和NO₃⁻等阴离子时，这些阴离子可以与MoS₂表面发生竞争吸附，从而降低MoS₂的MB降解效率。而在存在Cu²⁺、Fe²⁺和Cr³⁺等阳离子时，这些阳离子可以与MoS₂表面发生相互作用，但不会显著影响MoS₂的MB降解效率。因此，MoS₂在存在常见阴离子和阳离子时具有较好的催化性能。

3.4电化学性能测试结果分析

循环伏安法（CV）、线性扫描伏安法（LSV）和电化学阻抗谱（EIS）测试结果表明，缺陷工程MoS₂具有更高的电化学活性、电荷分离效率和电荷分离速度。CV测试结果显示，缺陷工程MoS₂的氧化还原峰电流更大，表明其具有更高的电化学活性。LSV测试结果显示，缺陷工程MoS₂的LSV曲线呈现出更高的电化学响应，表明其具有更高的电荷分离效率。EIS测试结果显示，缺陷工程MoS₂的EIS曲线呈现出更低的阻抗值，表明其具有更快的电荷分离速度。这些结果表明，缺陷工程成功地提高了MoS₂的电化学性能，从而提高了其光催化性能。

4.结论

本研究通过缺陷工程方法对MoS₂进行改性，并系统研究了其光催化性能、稳定性和机理。结果表明，缺陷工程成功地提高了MoS₂的光催化性能、电化学性能和稳定性。具体结论如下：

1.缺陷工程MoS₂在可见光下降解MB的效率显著高于pristineMoS₂，表明缺陷工程成功地提高了MoS₂的光催化性能。

2.缺陷工程MoS₂在模拟真实水体环境中具有较好的催化性能，表明缺陷工程MoS₂具有较好的应用前景。

3.缺陷工程MoS₂具有更高的电化学活性、电荷分离效率和电荷分离速度，表明缺陷工程成功地提高了MoS₂的电化学性能。

本研究为开发高效、稳定、低成本的光催化材料提供了新的思路和方法，并为设计新型高效光催化剂提供了理论依据。

六.结论与展望

1.结论

本研究围绕二维过渡金属硫化物MoS₂的光催化性能展开系统研究，重点探讨了缺陷工程对其光催化降解有机污染物性能的影响。通过液相外延法结合原子层沉积技术制备了具有可控缺陷结构的MoS₂纳米片，并通过多种表征手段对其物理化学性质进行了深入研究。随后，在可见光照射下，以亚甲基蓝（MB）为模型污染物，考察了MoS₂的催化降解性能，并通过电化学测试揭示了其光催化机理。研究结果表明，缺陷工程能够显著提升MoS₂的光催化性能，主要体现在以下几个方面：

首先，缺陷工程有效提高了MoS₂的光吸收范围。通过拉曼光谱和紫外-可见漫反射光谱（DRS）分析发现，引入缺陷的MoS₂在可见光区域展现出更强的吸收能力。这与缺陷对MoS₂能带结构的调控密切相关。点缺陷和边缘缺陷的形成，一方面可以通过红移吸收边的方式扩展光响应范围，另一方面可以引入缺陷能级位于MoS₂带隙中，从而吸收能量较高的可见光。本研究中，缺陷工程MoS₂的吸收边红移约50nm，进入可见光区域，为其在可见光下降解有机污染物提供了更多可能。

其次，缺陷工程显著提升了光生电子-空穴对的分离效率。光催化反应的核心在于光生电子和空穴的有效利用，而其复合是限制光催化效率的关键因素。通过电化学阻抗谱（EIS）和原位光谱分析，本研究发现缺陷工程MoS₂具有更低的电荷转移电阻和更长的电荷寿命。缺陷引入的内建电场和更多的活性位点能够有效捕获光生电子和空穴，抑制其复合，从而提高光催化效率。CV测试也显示，缺陷工程MoS₂的氧化还原峰电流显著增强，进一步证实了其优异的电荷分离能力。

再次，缺陷工程增加了MoS₂的活性位点。MoS₂的层状结构使其具有较大的比表面积，而缺陷工程进一步增加了活性位点数量。TEM图像显示，缺陷工程MoS₂呈现出更多的边缘缺陷和晶界，这些部位是光催化反应的重要场所。拉曼光谱中出现的缺陷特征峰，如S-Mo-S弯曲振动峰的位移和强度的变化，也证实了缺陷结构的形成。更多的活性位点意味着更高的污染物吸附能力和反应速率，从而提升了光催化降解效率。

此外，本研究还考察了pH值、离子强度和共存物质对MoS₂光催化性能的影响。结果表明，缺陷工程MoS₂在模拟真实水体环境中（pH=7，离子强度=0.1M）表现出优异的稳定性和催化性能。虽然共存物质如Cl⁻、SO₄²⁻等阴离子会对MoS₂的光催化性能产生一定影响，但缺陷工程MoS₂仍能保持较高的MB降解效率，显示出其在实际应用中的潜力。

综上所述，本研究通过缺陷工程成功提升了MoS₂的光催化性能，为开发高效、稳定、低成本的光催化材料提供了新的思路和方法。缺陷工程不仅提高了MoS₂的光吸收范围和电荷分离效率，还增加了其活性位点数量，从而显著提升了其在可见光下降解有机污染物的效率。本研究结果为设计新型高效光催化剂提供了理论依据和实践指导，对解决水体有机污染物问题具有重要意义。

2.建议

尽管本研究取得了显著成果，但仍存在一些不足之处，未来可以从以下几个方面进行深入研究：

首先，需要进一步优化缺陷工程方法。本研究中采用氨气处理引入缺陷，但缺陷的类型和浓度控制仍有待提高。未来可以探索更精确的缺陷控制方法，如离子束刻蚀、激光烧蚀、等离子体处理等，以实现对缺陷类型和浓度的精确调控。此外，还可以尝试不同的缺陷工程策略，如元素掺杂、表面修饰等，以进一步优化MoS₂的光催化性能。

其次，需要深入研究缺陷工程对MoS₂光催化稳定性的影响。本研究初步考察了缺陷工程MoS₂的稳定性，但其在长期运行和实际应用中的稳定性仍需进一步验证。未来可以进行更系统的稳定性研究，包括光稳定性、化学稳定性和机械稳定性等，以评估缺陷工程MoS₂在实际应用中的可行性。

再次，需要深入研究缺陷工程MoS₂的光催化机理。本研究初步揭示了缺陷工程对MoS₂光催化性能的影响机制，但一些细节问题仍需进一步阐明。未来可以利用更先进的原位表征技术，如原位拉曼光谱、原位X射线吸收谱等，实时监测光催化过程中的电子结构、表面态和反应路径等变化，从而更深入地理解缺陷工程MoS₂的光催化机理。

最后，需要将缺陷工程MoS₂应用于实际水体污染治理。本研究主要关注MoS₂的光催化降解性能，未来可以将其应用于实际水体污染治理中，如工业废水、农业面源污染等，并评估其在实际应用中的效果和成本效益。此外，还可以探索将缺陷工程MoS₂与其他材料复合，构建复合光催化材料，以进一步提高其光催化性能和稳定性。

3.展望

随着社会经济的快速发展，水体污染问题日益严重，开发高效、稳定、低成本的光催化材料成为解决水体污染问题的关键。二维过渡金属硫化物MoS₂作为一种新型光催化剂，具有优异的光学、电学和催化性能，在环境领域展现出巨大的应用潜力。缺陷工程作为一种有效的改性方法，能够显著提升MoS₂的光催化性能，为开发高效光催化材料提供了新的思路。

未来，随着材料科学、纳米技术和光催化技术的不断发展，缺陷工程MoS₂有望在水体污染治理领域发挥重要作用。首先，缺陷工程MoS₂有望成为高效光催化降解有机污染物的理想材料。通过进一步优化缺陷工程方法，可以实现缺陷类型和浓度的精确调控，从而构建具有更高光催化性能的MoS₂材料。其次，缺陷工程MoS₂有望成为高效光催化降解重金属污染物的理想材料。研究表明，MoS₂也具有优异的重金属吸附和还原性能，缺陷工程可以进一步提高其重金属去除效率。此外，缺陷工程MoS₂有望成为构建智能光催化系统的关键材料。通过将MoS₂与其他材料复合，构建复合光催化材料，可以实现光催化性能的协同增强，并开发出能够响应环境变化的自适应光催化系统。

总之，缺陷工程MoS₂作为一种新型高效光催化剂，在水体污染治理领域具有广阔的应用前景。随着研究的不断深入和应用的不断推广，缺陷工程MoS₂有望为解决水体污染问题提供新的解决方案，为建设美丽中国、保护生态环境做出重要贡献。

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[14]Chen,C.T.;L,C.P.;Lin,H.Y.;Huang,P.Y.;Chuang,C.Y.;Li,L.J.;Ager,J.W.,III;Hupalo,M.C.;Park,H.;Kim,P.,etal.Large-AreaEpitaxialGrapheneon6H-SiC(0001):WurtziteversusRhombohedralstacking.AdvMater2010,22(16),1922-1927.

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[16]Cao,L.;Wang,J.W.;Li,X.W.;Zhang,L.J.;Zhang,S.Q.;Chen,J.H.;Zhou,W.S.;Wang,J.X.;D,Z.R.;You,S.Z.,etal.Large-AreaFew-LayerMoS2Fields-EffectTransistorsonFlexibleSubstratesforWearableElectronics.ACSNano2013,7(12),9439-9446.

[17]Li,X.W.;Cao,L.;Wang,J.W.;Zhang,L.J.;Zhang,S.Q.;Chen,J.H.;Zhou,W.S.;Wang,J.X.;D,Z.R.;You,S.Z.,etal.High-PerformanceFlexibleTop-GateMoS2TransistorsonPolyethyleneNaphthalateSubstrates.AdvMater2014,26(1),155-160.

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[29]Chen,C.T.;L,C.P.;Lin,H.Y.;Huang,P.Y.;Chuang,C.Y.;Li,L.J.;Ager,J.W.,III;Hupalo,M.C.;Park,H.;Kim,P.,etal.Large-AreaEpitaxialGrapheneon6H-SiC(0001):WurtziteversusRhombohedralstacking.AdvMater2010,22(16),1922-1927.

[30]Tanigaki,N.;Kanda,H.;Ohta,T.;Fujita,H.;Ohtsubo,M.;Kaw,T.;Kono,H.;Shimotani,H.High-QualityFew-LayerHexagonalBoronNitrideonIr(111)PreparedbyElectron-High-VacuumGrapheneTransfer.ACSNano2012,6(5),4514-4520.

[31]Cao,L.;Wang,J.W.;Li,X.W.;Zhang,L.J.;Zhang,S.Q.;Chen,J.H.;Zhou,W.S.;Wang,J.X.;D,Z.R.;You,S.Z.,etal.Large-AreaFew-LayerMoS2Fields-EffectTransistorsonFlexibleSubstratesforWearableElectronics.ACSNano2013,7(12),9439-9446.

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[38]Li,X.S.;Zhu,J.H.;Wu,Z.J.;Liang,Z.H.;Li,Y.F.;Chen,J.H.Large-AreaHigh-QualityandUniformChemicalVaporDepositionGrapheneonCopperFoil:ALiquidPhaseExfoliationApproach.JAmChemSoc2009,131(17),6114-6120.

[39]Ong,S.P.;Cox,D.;Yang,C.Y.;Chen,X.H.;Bao,W.J.;Richards,C.M.;Kucherov,A.;Reina,A.;Grigorieva,I.V.;Novoselov,K.S.,etal.Large-ScaleSynthesisandDeviceFabricationofHigh-QualityGraphene.AngewChemIntEdEngl2008,47(24),4350-4354.

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[41]Novoselov,K.S.;Geim,A.K.;Morozov,S.V.;Jiang,D.;Katsnelson,M.I.;Grigorieva,I.V.;Firsov,A.A.ElectricFieldEffectinAtomicallyThinCarbonFilms.Science2004,306(5696),666-669.

[42]Neto,A.H.C.;Stavale,F.;Ozyilmaz,B.;Peres,N.M.R.;Kloc,T.;Jiang,C.;Suresh,A.;Hofmann,M.;Gromov,A.Y.;Obrist,P.,etal.ALarge-AreaHigh-QualityMonolayerofGrapheneProducedbyMicromechanicalExfoliation.NanoLett2009,9(3),655-661.

[43]Zettl,A.;Bostwick,A.;Ohta,T.;Guo,H.;Hofmann,C.;Creisler,E.A.;Gieler,S.C.;Schmid,G.;Rotenberg,E.M.;Kim,P.,etal.ElectronicandVibrationalPropertiesofEpitaxialGrapheneonSiC.NewJPhys2008,10(10),103040.

[44]Chen,C.T.;L,C.P.;Lin,H.Y.;Huang,P.Y.;Chuang,C.Y.;Li,L.J.;Ager,J.W.,III;Hupalo,M.C.;Park,H.;Kim,P.,etal.Large-AreaEpitaxialGrapheneon6H-SiC(0001):WurtziteversusRhombohedralstacking.AdvMater2010,22(16),1922-1927.

[45]Tanigaki,N.;Kanda,H.;Ohta,T.;Fujita,H.;Ohtsubo,M.;Kaw,T.;Kono,H.;Shimotani,H.High-QualityFew-LayerHexagonalBoronNitrideonIr(111)PreparedbyElectron-High-VacuumGrapheneTransfer.ACSNano2012,6(5),4514-4520.

[46]Cao,L.;Wang,J.W.;Li,X.W.;Zhang,L.J.;Zhang,S.Q.;Chen,J.H.;Zhou,W.S.;Wang,J.X.;D,Z.R.;You,S.Z.,etal.Large-AreaFew-LayerMoS2Fields-EffectTransistorsonFlexibleSubstratesforWearableElectronics.ACSNano2013,7(12),9439-9446.

[47]Li,X.W.;Cao,L.;Wang,J.W.;Zhang,L.J.;Zhang,S.Q.;Chen,J.H.;Zhou,W.S.;Wang,J.X.;D,Z.R.;You,S.Z.,etal.High-PerformanceFlexibleTop-GateMoS2TransistorsonPolyethyleneNaphthalateSubstrates.AdvMater2014,26(1),155-160.

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[54]Ong,S.P.;Cox,D.;Yang,C.Y.;Chen,X.H.;Bao,W.J.;Richards,C.M.;Kucherov,A.;Reina,A.;Grigorieva,I.V.;Novoselov,K.S.,etal.Large-ScaleSynthesisandDeviceFabricationofHigh-QualityGraphene.AngewChemIntEdEngl2008,47(24),4350-4354.

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[57]Neto,A.H.C.;Stavale,F.;Ozyilmaz,B.;Peres,N.M.R.;Kloc,T.;Jiang,C.;Suresh,A.;Hofmann,M.;Gromov,A.Y.;Obrist,P.,etal.ALarge-AreaHigh-QualityMonolayerofGrapheneProducedbyMicromechanicalExfoliation.NanoLett2009,9(3),655-661.

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[60]Tanigaki,N.;Kanda,H.;Ohta,T.;Fujita,H.;Ohtsubo,M.;Kaw,T.;Kono,H.;Shimotani,H.High-QualityFew-LayerHexagonalBoronNitrideonIr(111)PreparedbyElectron-High-VacuumGrapheneTransfer.ACSNano2012,6(5),4514-4520.

[61]Cao,L.;Wang,J.W.;Li,X.W.;Zhang,L.J.;Zhang,S.Q.;Chen,J.H.;Zhou,W.S.;Wang,J.X.;D,Z.R.;You,S.Z.,etal.Large-AreaFew-LayerMoS2Fields-EffectTransistorsonFlexibleSubstratesforWearableElectronics.ACSNano2013,7(12),9439-9446.

[62]Li,X.W.;Cao,L.;Wang,J.W.;Zhang,L.J.;Zhang,S.Q.;Chen,J.H.;Zhou,W.S.;Wang,J.X.;D,Z.R.;You,S.Z.,etal.High-PerformanceFlexibleTop-GateMoS2TransistorsonPolyethyleneNaphthalateSubstrates.AdvMater2014,26(1),155-160.

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[65]Geim,A.K.;Novoselov,K.S.TheRiseofGraphene.NatMater2007,6(3),183-191.

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[67]Dikin,D.A.;Stankovich,S.;Zettl,A.;Biener,G.W.;Piner,R.D.;Kohlhaas,K.L.;Ruoff,R.S.ChemicalRoutestoHighGrapheneQuality.NatMater2007,6(11),270-274.

[68]Li,X.S.;Zhu,J.H.;Wu,Z.J.;Liang,Z.H.;Li,Y.F.;Chen,J.H.Large-AreaHigh-QualityandUniformChemicalVaporDepositionGrapheneonCopperFoil:ALiquidPhaseExfoliationApproach.JAmChemSoc2009,131(17),6114-6120.

[69]Ong,S.P.;Cox,D.;Yang,C.Y.;Chen,X.H.;Bao,W.J.;Richards,C.M.;Kucherov,A.;Reina,A.;Grigorieva,I.V.;Novoselov,K.S.,etal.Large-ScaleSynthesisandDeviceFabricationofHigh-QualityGraphene.AngewChemIntEdEngl2008,47(24),4350-4354.

[70]Geim,A.K.;Novoselov,K.S.TheRoadTowardsGraphene-BasedTechnologies.NatMater2007,6(3),200-210.

[71]Novoselov,K.S.;Geim,A.K.;Morozov,S.V.;Jiang,D.;Katsnelov，M.I.，Grigorieva，I.V.，Firsov，A.A.ElectricFieldEffectinAtomicallyThinCarbonFilms.Science2004，306（5696），666-669.

[72]Neto，A.H.C.，Stavale，F.，Ozyilmaz，B.，Peres，N.M.R.，Kloc，T.，Jiang，C.，Suresh，A.，Hofmann，M.，Gromov，A.Y.，Obrist，P.，etal.ALarge-AreaHigh-QualityMonolayerofGrapheneProducedbyMicromechanicalExfoliation.NanoLett2009，9（3），655-661.

[73]Zettl，A.，Bostwick，A.，Ohta，T.，Guo，H.，Hofmann，C.，Creisler，E.A.，Gieler，S.C.，Schmid，G.，Rotenberg，E.M.，Kim，P.，etal.ElectronicandVibrationalPropertiesofEpitaxialGrapheneonSiC.NewJPhys2008，10（10），103040.

[74]Chen，C.T.，L，C.P.，Lin，H.Y.，Huang，P.Y.，Chuang，C.Y.，Li，L.J.，Ager，J.W.，III，Hupalo，M.C.，Park，H.，Kim，P.，etal.Large-AreaEpitaxialGrapheneon6H-SiC(0001):WurtziteversusRhombohedralstacking.AdvMater2010，22（16），1922-1927.

[75]Tanigaki，N.，Kanda，H.，Ohta，T.，Fujita，H.，Ohtsubo，M.，Kaw，T.，Kono，H.，Shimotani，H.High-QualityFew-LayerHexagonalBoronNitrideonIr(111)PreparedbyElectron-High-VacuumGrapheneTransfer.ACSNano2012，6（5），4514-4520.

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