二维层状材料MX 2 的湿敏特性及催化析氢特性研究
发布时间：2021-11-21 23:26
二维层状材料的少层/薄层片状结构赋予其大的比表面积、大量的表面暴露活性位点,这使得其在电化学催化、气/湿敏传感等领域的应用备受关注。本论文以过渡金属化合物二硫化钼（MoS2）、二硫化钨（WS2）及二硒化钼（MoSe2）为研究对象,采用液相超声剥离法得到薄层纳米片,并利用喷墨印刷技术制备了催化析氢电极和湿敏传感器。分别研究了器件的催化析氢性能及湿敏性能。主要研究工作及结果如下:（1）在无水乙醇与去离子水的混合溶剂体系中,加入聚乙烯吡咯烷酮（polyvinyl pyrrolidone,PVP）与还原氧化石墨烯（reduced graphene oxide,rGO）,采用液相超声剥离方法得到分别含有MoS2、WS2、MoSe2薄层纳米片的MX2-PVP-rGO墨水。紫外-可见吸收光谱测试结果表明,MX2-PVP-rGO墨水的浓度随剥离时间延长而增大;扫描电子显微镜（SEM）及X射线衍射（XRD）测试结果表明,体材经剥离...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
二维层状材料的组成元素分布
电子科技大学硕士学位论文2从结构上讲，纳米片的堆积作用形成了层状材料，在各个片层间有弱相互作用力，其中包括了范德华力、氢键，在每一层内主要是原子间的共价键作用力形成二维网络结构。通过剥离的方法将层间作用力减弱，将能得到单层或者少层的纳米片，这种纳米片有独特的性质，可广泛应用于光电器件[10]、电子芯片[11]、气/湿敏器件[12]，电化学等相关领域[13-14]。下面将具体介绍三种MX2型材料基本性质。MoS2的应用很广泛，性状是黑色粉末，常存于辉钼矿，不溶于水、酸、碱，化学性质稳定，嵌锂容量高，一般用在锂离子电池上，有类似于金属铂的氢吸附自由能[15]。层间距为0.65nm[16]，层间的范德华力较弱[17]，容易被外力破坏形成单层，当其由块状变为单层时，能带结构由间接带隙转变为直接带隙，禁带宽度从1.29eV变为1.8eV[18]。其单片层结构为三明治型，中间是Mo原子，上下两层为S原子，在片层内部，每个Mo原子与附近的六个S原子成键，层内的键作用力较强，其结构示意图如图1-2。当MoS2被剥离为单层或少层后，它的比表面积将会大大增强且会产生很多的不饱和键，这有利于其在湿敏传感方面发挥作用。沿着片的边缘有丰富的活性位点[19]，有利于在许多电化学反应发挥作用。图1-2MoS2结构示意图原子的不同排列方式导致不同晶体结构的出现，金属相与半导体相[20,21]，MoS2的晶体结构：1T相、2H相和3R相，如图1-3所示，1T相堆积类型为八面体结构（Octahedral），2H相为六角对称的三角棱柱结构（trigonalprismatic），3R相为三角棱柱结构，堆积示意图如图1-3。2H相为稳定相，在自然界中以2H相居多，1T相与3R相为亚稳相，在一定的外力条件下，如热处理、压力、剪切力及缺陷的引入等，1T相与3R相将会转化为2H相。
第一章绪论3图1-3三种原子堆积方式[22]MoSe2作为一种金属硒化物，与金属硫化物相比，它相关研究相对较少，硫与硒同主族不同周期，性质上也有一些差异，硒原子半径大于硫，金属性强一些，电离能小于硫，由于结构导致性质的差异将影响它们在实际应用的差异，与金属硫化物相比，金属硒化物有更窄的带隙、线宽和更容易的电子空穴分离等。从结构上讲，MoSe2具有与MoS2类似的三明治结构[23]，也是Se-Mo-Se结构[24,25]，也有不同的配位结构，对应着不同的堆垛形式，1T、2H和3R，组成八面体配位及三角棱柱配位结构。MoSe2经剥离减薄后，比表面积增强、表面区域电子特性增强及亲水性增强，而且它的能带结构也会变化，块状间接带隙1.1eV，单层片状直接带隙[26]，能带宽度1.5eV[27]，与太阳光谱吻合，可以广范围吸收太阳能[28]，从而进行能量的吸收、转化及存储。WS2为黑色粉末，热稳定性强于MoS2，结构为三明治夹心结构，三种晶型，三方晶系、六方晶系、斜六方晶系，在其单层结构中有两类同素异形体，具有半导体特性的2H相晶体属于D3h点阵群，具有金属性的1T相晶体属于D3d点阵群，WS2层间为较弱的范德华力，层间距约为0.9nm，比MoS2的层间距略大，这一差别主要由于钨的相对原子质量比钼大，故MoS2层间的范德华力相对较大，片层间距离就相应的小一些[29-31]。1.2.2二维层状MX2纳米片的制备方法当二维层状材料被剥离为单层或少层后，其优异的性质才会显现出来，对于二维层状材料纳米片，主要通过自下而上和自上而下法生成。自下而上的方法的核心理念就是一系列反应物的合成过程，通过控制反应条件和原料合成所需目标产物，常见的方法如水热法[32-34]、化学气相沉积法等[35]；而自上而下的方法主要在于从原料?
【参考文献】：
博士论文
[1]低维纳米材料性能调控的理论研究[D]. 李秀玲.中国科学技术大学 2016
本文编号：3510464
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
二维层状材料的组成元素分布
电子科技大学硕士学位论文2从结构上讲，纳米片的堆积作用形成了层状材料，在各个片层间有弱相互作用力，其中包括了范德华力、氢键，在每一层内主要是原子间的共价键作用力形成二维网络结构。通过剥离的方法将层间作用力减弱，将能得到单层或者少层的纳米片，这种纳米片有独特的性质，可广泛应用于光电器件[10]、电子芯片[11]、气/湿敏器件[12]，电化学等相关领域[13-14]。下面将具体介绍三种MX2型材料基本性质。MoS2的应用很广泛，性状是黑色粉末，常存于辉钼矿，不溶于水、酸、碱，化学性质稳定，嵌锂容量高，一般用在锂离子电池上，有类似于金属铂的氢吸附自由能[15]。层间距为0.65nm[16]，层间的范德华力较弱[17]，容易被外力破坏形成单层，当其由块状变为单层时，能带结构由间接带隙转变为直接带隙，禁带宽度从1.29eV变为1.8eV[18]。其单片层结构为三明治型，中间是Mo原子，上下两层为S原子，在片层内部，每个Mo原子与附近的六个S原子成键，层内的键作用力较强，其结构示意图如图1-2。当MoS2被剥离为单层或少层后，它的比表面积将会大大增强且会产生很多的不饱和键，这有利于其在湿敏传感方面发挥作用。沿着片的边缘有丰富的活性位点[19]，有利于在许多电化学反应发挥作用。图1-2MoS2结构示意图原子的不同排列方式导致不同晶体结构的出现，金属相与半导体相[20,21]，MoS2的晶体结构：1T相、2H相和3R相，如图1-3所示，1T相堆积类型为八面体结构（Octahedral），2H相为六角对称的三角棱柱结构（trigonalprismatic），3R相为三角棱柱结构，堆积示意图如图1-3。2H相为稳定相，在自然界中以2H相居多，1T相与3R相为亚稳相，在一定的外力条件下，如热处理、压力、剪切力及缺陷的引入等，1T相与3R相将会转化为2H相。
第一章绪论3图1-3三种原子堆积方式[22]MoSe2作为一种金属硒化物，与金属硫化物相比，它相关研究相对较少，硫与硒同主族不同周期，性质上也有一些差异，硒原子半径大于硫，金属性强一些，电离能小于硫，由于结构导致性质的差异将影响它们在实际应用的差异，与金属硫化物相比，金属硒化物有更窄的带隙、线宽和更容易的电子空穴分离等。从结构上讲，MoSe2具有与MoS2类似的三明治结构[23]，也是Se-Mo-Se结构[24,25]，也有不同的配位结构，对应着不同的堆垛形式，1T、2H和3R，组成八面体配位及三角棱柱配位结构。MoSe2经剥离减薄后，比表面积增强、表面区域电子特性增强及亲水性增强，而且它的能带结构也会变化，块状间接带隙1.1eV，单层片状直接带隙[26]，能带宽度1.5eV[27]，与太阳光谱吻合，可以广范围吸收太阳能[28]，从而进行能量的吸收、转化及存储。WS2为黑色粉末，热稳定性强于MoS2，结构为三明治夹心结构，三种晶型，三方晶系、六方晶系、斜六方晶系，在其单层结构中有两类同素异形体，具有半导体特性的2H相晶体属于D3h点阵群，具有金属性的1T相晶体属于D3d点阵群，WS2层间为较弱的范德华力，层间距约为0.9nm，比MoS2的层间距略大，这一差别主要由于钨的相对原子质量比钼大，故MoS2层间的范德华力相对较大，片层间距离就相应的小一些[29-31]。1.2.2二维层状MX2纳米片的制备方法当二维层状材料被剥离为单层或少层后，其优异的性质才会显现出来，对于二维层状材料纳米片，主要通过自下而上和自上而下法生成。自下而上的方法的核心理念就是一系列反应物的合成过程，通过控制反应条件和原料合成所需目标产物，常见的方法如水热法[32-34]、化学气相沉积法等[35]；而自上而下的方法主要在于从原料?
【参考文献】：
博士论文
[1]低维纳米材料性能调控的理论研究[D]. 李秀玲.中国科学技术大学 2016
本文编号：3510464
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