【《二硫化钼的研究进展国内外文献综述》2900字】

二硫化钼的研究进展国内外文献综述1.1二硫化钼的基本特性MoS2材料与石墨类似，是一种夹层化合物。MoS2是一种类似于石墨烯的无机二维结构，具有薄层六方晶系结构。MoS2是以Mo原子层排布在两个S原子片层形成夹层化合物，S-原子片通过范德华力相互作用，各层通过S-Mo-S三原子层结构共价结合，一层一层的叠加而形成稳定的MoS2结构。1.2二硫化钼的电催化性能MoS2是过渡金属二硫化物（TMDS）中的其中一个，研究者把研究方向放在了二硫化钼电催化析氢（HER）的优越性上。从1970年开始，人们便开始着手于二硫化钼在电催化性能上的相关方向[3]，受科技影响，该研究进行的缓慢，据研究可以看出，散装形式的二硫化钼的电催化活性非常差，基本上没有催化活性[4]，因为大量、散装的二硫化钼有很高的电阻，这是当时阻碍研究人员发现其催化活性的一个原因。随着材料科学技术的发展和进步，以及对纳米材料方向研究的创新和改革，人们逐渐发现过渡金属二硫化物（TMDs），特别是二硫化钼，可以代替贵金属铂成为电催化析氢反应的催化剂[5-6]。二硫化钼的密度泛化理论计算表明，二硫化钼的边缘位点具有类似于固氮酶的反应性位点，并且发现二硫化钼边缘结构的硫原子具有氢键的反应活性。Jaramillo等人在超高真空（UHV）条件下在H2S气体环境中，把Mo打在金基底上，分别在400℃和500℃条件下进行退火，制备得到了大小不同、厚度不同的单层二硫化钼纳米片[7]。单独的电催化析氢实验得出，二硫化钼的催化活性与其纳米结构的面积无关，影响其催化活性的是Mo-S边缘位点，并且二硫化钼的电化学析氢催化活性和它的活性位点的数量有着一定的线性关系。还得出结论，边缘活性位点的比重可以通过控制颗粒大小来改变，进而可以提高催化活性。由于氢吸附吉布斯自由能直接关系到氢原子在电极表面的覆盖度，MoS2边缘的活性位点密度越大，越可以促进Tafel路径的发生，自由能绝对值越小，催化剂的活性越好[8]。从目前的研究进展看来，MoS2纳米颗粒与纳米片的电催化性能研究已经有了很好的发展。1959年12月，Richard提出层状材料很重要，表达了把层状材料进行分离的思想[9]。Robertn利用胶带制备了只有几个分子层的二硫化钼片，并利用锂插层制备了单层的二硫化钼片[10,11]。2005年，Hinnemann等[12]通过对不同金属表面以及酶氮酶和氢酶促氢反应能力的研究，得出原子氢和催化剂的结合自由能接近于零是寻找新催化剂的标准，进而得出了石墨上支持的MoS2纳米粒子是一种很有潜力的催化剂。LemonK.S等[13]利用物理气象法将钼与硫放入密闭的石英容器中，再将容器放入温度可调的炉子中，制备得到了面积为10cm2的MoS2膜。2012年，Long等人[14]制备了Mo(IV)-S分子，他们通过模拟MoS2的活性位点结构，认为MoS2的硫侧是主要的催化析氢位点，这样就可以给二硫化钼电催化析氢活性的研究提供一个更加明确的方向。戴宏杰及其团队[15]首次将二硫化钼和石墨烯中有很好的导电性且其具有一种类似于二硫化钼二维结构的还原性石墨烯（RGO）通过一种溶剂加热方式合成了二硫化钼（MoS2/RGO），如图1-1所示。石墨烯一方面可以让二硫化钼分散的更彻底，使其暴露出较多的活性位点，另一方面可以增强石墨烯负载二硫化钼的导电性，进而提升二硫化钼与电极之间的传递效率。图1-1水热合成MoS2/RGO示意图[15]Zheng等人[16]使用溶剂热法将二硫化钼夹杂到氧化石墨烯（GO）中，并利用溶热法完成了二硫化钼的限域生长。Yan等人[17]通过实验得出石墨烯可为二硫化钼的生长以及电极间的电子移动提供一个良好的封闭环境，在这种封闭环境下制备得到的MoS2/RGO复合材料有着很好的电催化性能。Liu等人[18]通过水热法制备了介孔泡沫碳（MGF）负载二硫化钼复合物，研究表明MGF可以显著提高电催化过程中的电子转移。Rheem等人[19]通过实验在二氧化钼上生长二硫化钼。Kim等人[20]通过使用射频等离子体增强化学气相沉积方法获得了氮掺杂碳纳米管。Lan等人[21]用聚酸酯作为钼源，用硫脲作为硫和氮源，并使用水热法制备得到了MoS2-N-RGO。Wu等人[22]以三氧化钼和硫磺颗粒为原料，通过机械活化获得了富含活性点的二硫化钼纳米片。Huang等人[23]通过实验做出了大小约为2nm的三氧化钼的纳米点，然后将纳米点还原为单层的二硫化钼，制备的样品经过测试得出了较好的电催化析氢性能。Xiao等人[24]通过使二硫化钼沿基底收敛生长，制备了具有高度暴露的边缘活性位点的纳米柱，为设计二维层状材料提供了一个新的方向。Jin和他的团队通过锂插层法制备了1T-MoS2，通过电化学析氢测试得出1T-MoS2的电催化析氢性能比未处理的更加好，并研究得出之所以电催化析氢性能提高，是因为处理后材料的导电性更高[25]。Chhowalla等人通过电化学实验氧化了1T-MoS2的边缘位点，然而氧化后的效果与氧化之前没有差别，得出边缘位点不是影响其催化活性的根本。进而得出结论，影响1T-MoS2催化活性的关键是表面的纳米结构。研究还指出，1T-MoS2良好的电化学催化析氢性能，是因为1T-MoS2的导电性好[26]。Pumera和他的团队研究了使用不同的锂插层化合物对MoS2的剥离和所产生的MoS2用于HER催化的活化性的影响，并得出，使用正丁基锂和叔丁基锂作为插层化合物，表现出比甲基锂更高的剥离率和更好的催化活性[27]。D.Wang等人通过先进的高能球磨工艺技术把商用散装二硫化钼打造成一种纳米级形状。这种材料比普通的二硫化钼具有较高的催化活性，原因是这种球磨技术导致二硫化钼产生了晶格缺陷和位错[28]。Shaijumon通过利用超声波技术制备得到了约为1nm大小的量子特征点与少量二硫化钼纳米片层混合形成的一种类似纳米结构的二硫化钼，并进一步研究了它良好的HER催化活性表面[29]。谢毅等人通过溶热法获得了缺陷控制的超薄二硫化钼纳米片，由于这些超薄二硫化钼纳米片有大量的缺陷空位，边缘位点增加，活性位点更加暴露，这使得这些超薄二硫化钼纳米片的HER催化活性非常好。同时他们的团队认为，过量的硫脲在产生这种富含缺陷的纳米片形态方面会有重要作用[30]。Cao等人利用CVD方法在玻璃碳基底上成功制备了二硫化钼纳米片薄膜。这些二硫化钼纳米片薄膜具有连续、均匀和良好结晶的优点。同时，还证明了二硫化钼纳米片的层数与电催化性能之间的定量关系，即每增加一层二硫化钼纳米片，交换电流密度就会下降约4.47倍[31]。基于国内外研究进展来看，制备具有丰富活性位点和纳米结构的二硫化钼在电催化方向具有重要意义。参考文献[1]王培灿，雷青，刘帅，等．电解水制氢MoS2催化剂研究与氢能技术展望[J].化工进展，2019，38(01)：278-290.[2]牛丽静.二硫化钼复合材料的制备及其电化学析氢性能的研究[D].秦皇岛：燕山大学，2016.[3] TributschH,BennettJC.ElectrochemistryandphotochemistryofMoS2layercrystals[J].JournalofElectroanalyticalChemistry,1977,81:97-111.[4] JaegermannW,TributschH.Interfacialpropertiesofsemiconductingtransitionmetalchalcogenides[J].ProgressinSurfaceScience,1988,29:1-167.[5] GaoMR,XuYF,JiangJ,etal.Nanostructuredmetalchalcogenides:Synthesis,modification,andapplicationsinenergyconversionandstoragedevices[J].ChemicalSocietyReviews,2013,42:2986-3017.[6] ChhowallaM,ShinHS,EdaG,etal.Thechemistryoftwo-dimensionallayeredtransitionmetaldichalcogenidenanosheets[J].NatureChemistry,2013,5:263-275.[7] JaramilloTF,JorgensenKP,BondeJ,etal.IdentificationofactiveedgesitesforelectrochemicalH2evolutionfromMoS2nanocatalysts[J].Science,2007,317:100–102.[8] 谢晓.二氧化钼及其复合材料的制备与电催化制氢性能的研究[D].合肥：中国科学技术大学,2016.[9]There’sPlentyofRoomattheBottom.http://www.Zyvex.Com/nanotech/feynman.Html.[10]FrindtRF.SinglecrystalsofMoS2severalmolecularlayersthick[J].JournalofAppliedPhysics,1966,37:1928-1929.[11]JoensenP,FrindtRF,MorrisonSR.Single-LayerMoS2.MaterialsResearchBulletin,1986,21:457-461.[12]HinnemannB,MosesPG,BondeJ,etal.Biomimetichydrogenevolution:MoS2nanoparticlesascatalystforhydrogenevolution[J].JournaloftheAmericanChemicalSociety,2005,127(15):5308-5309.[13]LemonKS,JakovidisG,SinghA,etal.ProductionoflargescalepolycrystallineMoS2films[J].PhysicaStatusSolidi(a),2000,179(2):329-335.[14]KarunadasaHI,MontalvoE,SunY,etal.AmolecularMoS2edgesitemimicforcatalytichydrogengeneration[J].Science,2012,335(6069):698-702.[15]DaiX,DuK,LiZ,etal.Co-dopedMoS2nanosheetswiththedominantCoMoSphasecoatedoncarbonasanexcellentelectrocatalystforhydrogenevolution[J].ACSAppliedMaterialandInterfaces,2015,7(49):27242-27253.[16]ZhengX,XuJ,YanK,etal.Space-confinedgrowthofMoS2nanosheetswithingraphite:thelayeredhybridofMoS2andgrapheneasanactivecatalystforhydrogenevolutionreaction[J].ChemistryofMaterials,2014,26(7):2344-2353.[17]YanY,GeX,LiuZ,etal.FacilesynthesisoflowcrystallineMoS2nanosheet