MoS2@Ni的制备及其电催化性能的研究文献综述

 2022-11-13 11:11

二维MoS2纳米材料的制备及在电催化水解制氢中的应用进展

摘要：二硫化钼（MoS2）是一种类石墨烯过渡金属二硫化物。单层MoS2凭借其超薄的层状结构和适宜的禁带宽度（1.9 eV），在纳米电子学、光电子学和微纳器件等领域备受关注。此外，凭借丰富的边缘结构、巨大的比表面积、良好的化学稳定性和可调控禁带宽度，二维MoS2逐渐成为新型电催化材料的研究热点。综合近年来国内外关于二维MoS2在电催化领域的研究成果，详细归纳并梳理了二维MoS2的结构、性能及制备方法，特别关注了二维MoS2作为电析氢催化剂的研究进展。最后，对二维MoS2在电催化领域的研究前景进行了展望。

关键词：MoS2；二维纳米材料；电催化；复合材料

21 世纪以来，随着世界经济的飞速发展和人口的快速增长，人们对能源的需求量变得 是越来越大。氢气作为一种清洁能源和可再生能源资源，有望取代传统化石燃料[1]。近些年来，以MoS2为代表的过渡金属硫化物由于其在能源领域具有巨大应用潜力[2-4]引起了国内外科学家的研究热潮。MoS2作为一种典型的二维材料，其层与层之间通过较弱的范德化力连接起来，相对于其它的材料来说，更容易实现其微观结构和电子结构的设计。理论[5]和实验[6]研究表明 MoS2具有较小的吉布斯吸附能和较多的活性中心，使得其在电催化析氢领域得到了较快发展，为解决日益严重的能源问题打下了坚实的基础。

1 MoS2的制备

制备单层或多层MoS2二维薄膜的方法主要分为两类：一是自上而下的方法，主要依靠晶体的层间剥离，包括机械剥离法、化学插层法与正丁基锂（BuLi）剥离法、电化学插层剥离法、超声液相剥离法和激光减薄法等；另一种方法是自下的方法，包括化学气相沉积(CVD)生长和湿法化学合成法（例如水热法）等。以下将介绍三种常见方法。

    1. 机械剥离法

机械剥离法是用一种特殊的粘性胶带(scotchtape)剥离层状结构材从而得到单层或多层纳米材料的方法。Novoselov等[7]最先使用机械剥离法或“粘性胶带法”制备获得了较少层甚至单层石墨烯。由于MoS2有类似石墨烯的层状结构，故在近几年的研究中，利用机械剥离法获得层状结构MoS2的报道越来越多[8,9]。机械剥离法所制备的MoS2薄片拥有完美的晶体结构和纯洁的质地，但产量极低，一般用于实验室研究。

    1. 化学剥离法

化学剥离法主要包括离子插层法和液相剥离法。1986 年，Joensen等[10]利用锂离子插层剥离法成功制备出单层MoS2。该法是把MoS2粉末溶解到锂离子插层剂中(如正丁基锂)反应 1 d以上，使锂离子插入层间形成插层化合物，然后加入水等质子性溶剂，水与插层材料剧烈反应，在晶体层之间产生氢气，氢气的释放推动MoS2层的分离，获得单层或多层MoS2。

    1. 化学气相沉积法

化学气相沉积法是利用气态物质在固体表面上进行化学反应，生成固态沉积物的过程。用该方法生长MoS2薄膜的过程大致经过以下几步：首先，把含有构成薄膜元素的前驱物供给基底；然后，利用加热、等离子体、紫外光以及激光等能源，借助气相作用或在基板表面的化学反应生长形成MoS2薄膜。Lin等[11]将沉积在绝缘基底上的三氧化钼直接硫化得到MoS2薄片。CVD法能够制备高品质的MoS2薄膜，具有尺寸较大，厚度可控且电子性能优良等特点。沉积的钼薄膜的尺寸和厚度决定了最终生成的MoS2的尺寸和厚度。化学气相沉积过程中，气体流速、压力和温度对沉积速度、薄膜厚度和均匀性等有重要影响

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