二硫化钼复合材料的制备及其析氢性能的研究文献综述

 2022-11-24 21:01:08

二硫化钼复合材料的制备及其析氢性能研究文献综述

1、摘要

近年些来，太阳能、风能、地热能等新型能源已经被人们较为充分的开发和利用。与传统的化石能源相比，它们可再生且环境污染小，但由于其受地域和时间的限制，无法大规模、可持续的应用，所以开发一种储携方便且绿色高效的新能源仍是当今社会研究的热点。氢能由于其具有高的燃烧热以及产物无污染等特点被认为是 21 世纪最洁净的能源之一。因此，高效持续的制备氢气对人类可持续发展有重要意义。电解水制氢是氧气和氢气燃烧产生水的逆向过程，此工艺历史悠久，应用范围较广，制取过程简单且零污染。在整个制氢过程中，水作为主要原料，电池提供给电解池足够的能量来将水分解为氢气和氧气。使用电解水制氢法制取的氢气纯度相当高，且制备效率也能高达到88%Wt。但是，电解水制氢法耗电量过大，成本较高，它的应用和推广受到技术层面的限制。但相比其他方法，该法最有潜力实现工业化。

近年来，二维层状过渡金属硫化物如二硫化钼（MoS2）、二硫化钨和二硫化铼等，都展现出较高的电催化活性。这些材料中，MoS2由于其低成本、资源丰富、较高的电化学稳定性和较好的电催化活性受到人们的广泛关注和研宄。但MoS2本身电导性较差，制约其在电催化产氢活性的进一步提升。因此设计出拥有更多活性位点、更高导电率的MoS2基电催化剂是当前电催化裂解水制氢领域努力的方向。于是以此为主要研究内容，采用不同制备方法和后处理方案合成MoS2基纳米材料，以提高MoS2电催化产氢活性。

本文综述了MoS2基纳米材料的最新研究进展，以及对1T- MoS2相优越性能的探索和展望。

2、引言

MoS2是过渡金属硫化物中较为典型的一种化合物。但是，大颗粒块状的MoS2催化活性较低，而纳米颗粒形态的MoS2的催化活性却很优异，被认为具有取代贵金属催化剂的潜力。与石墨烯这种由单独的碳原子构成的层状物不同，过渡金属二硫属化物（TMDS）具有一种＂三明治＂结构，由过渡金属层（例如钨，钼）和二硫属层（例如硫，硒，碲）所构成，分子式一般为MX2形式。

图2.1 分子式为MX2的TMD的晶体结构

MoS2主要有1T、2H、3R三种晶体结构，其中2H- MoS2和3R- MoS2为三角棱柱配位，1T- MoS2为八面体配位。这三种晶体结构中，2H- MoS2是最稳定的相，而1T- MoS2和3R- MoS2是亚稳定相，经加热后最终都会转变成2H- MoS2。由于其组分的不同， TMDS可以表现出多种不同的特性，例如表现出半导体性质（MoS2，WS2），半金属性质，完全的金属性质，以及超导体性质。同时，也可以通过控制实验条件制备不同晶体结构或者制备不同堆积层数或者薄膜的TMDS，从而使其表现出不同的属性，例如，2H- MoS2表现为半导体性质，而1T- MoS2则是类金属性，同时，块状的2H- MoS2具有间接带隙，但当2H- MoS2被剥离成单层后，它具有明显光学带隙，从而在光催化方面表现出优异的性能。因此，采用适当的方法控制二维TMD结构的生长，使其在能量转换特性和存储，催化，传感，存储器设备，以及其他的方面有更好的应用。因此，MoS2与各种各样的材料进行复合以及制备高纯度的1T相MoS2成为近年来研究的热点。

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