过渡金属掺杂MoX 2 （X=Te,S）的结构调控及其电催化析氢性能的第一性原理研究
发布时间：2021-03-09 12:32
过渡金属硫化物MoX2（X=Te,S）,因具有独特的结构和优良的物理化学性质被认为是最有潜力的铂基析氢催化剂的替代品,使其在电催化析氢领域受到人们的广泛关注。由于MoTe2和MoS2的催化活性位主要在边缘,而大量的表面呈化学惰性,严重影响了析氢效率,因此探索有效提升该类催化剂析氢催化反应活性的方法和策略具有重要意义。因此,本论文采用基于第一性原理的密度泛函理论方法,对过渡金属原子掺杂单层MoTe2,不同掺杂浓度下Zn掺杂单层MoS2,以及一系列过渡金属原子掺杂单层MoS2的构型、电子结构及析氢反应性能进行了系统研究,并初步探讨了掺杂浓度对该类催化剂性能的影响,这将为高效过渡金属硫化物基催化剂的设计提供重要的理论指导。本论文研究结论主要包括以下三个部分:（1）不同过渡金属原子（TM=Au、Ag、Cu、Ni、Pd、Pt、V、Nb和Ta）掺杂单层MoTe2的构型、电子结构及电催化析氢性能的研究结果表明,过渡金属原子掺杂单层MoTe...
【文章来源】：江西师范大学江西省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
过渡金属硫化物构型元素组成分布图[26]
硕士学位论文21.2MX2(MoTe2、MoS2)的晶体结构MoTe2与MoS2具有相似的晶体结构。图1-2给出了MX2(MoTe2、MoS2)三种体相结构图，分别为1T相、2H相和3R相[28]。从图中可以看到，单层MX2(MoTe2、MoS2)包含三层原子层，即一层M(Mo)原子层和两层X(Te、S)原子层形成类三明治蜂窝状构型，表示为X-M-X。层与层之间存在范德华力的弱相互作用，层内存在X-M共价键。由于1T-MX2、2H-MX2和3R-MX2的体相构型存在的差异，导致了这些构型之间的物理化学性质存在不同。2H-MX2(MoTe2、MoS2)的体相构型，是一种类石墨烯的层状六方晶体结构，2H-MX2是以两层基本单元的方式进行堆叠。已有研究报道表明，2H-MX2构型可以在自然界稳定存在。3R-MX2(MoTe2、MoS2)的体相构型属于三方晶体结构，为亚稳定态。3R-MX2构型与2H-MX2构型的单层结构是相同的，但层与层的堆叠方式却不同，3R-MX2是三层基本单位进行堆叠。1T-MX2(MoTe2、MoS2)的体相构型也属于三方晶体结构，处于亚稳定态，所以不能直接从自然界中提取得到。1T-MX2(MoTe2、MoS2)的体相构型可以通过2H相进行相变制备得到。图1-2过渡金属硫化合物三种体相结构图[27]1.3实验制备过渡金属硫化物的方法由于过渡金属硫化物因其独特的结构和优良的物理化学性能，在众多研究领域中引起了越来越多的关注[29-31]。目前高效低廉的制备方法有机械剥离法、液相剥离法(LPE)、锂离子插层法[32-34]。
过渡金属掺杂MoX2(X=Te，S)的结构调控及其电催化析氢性能的第一性原理研究31.3.1机械剥离法机械剥离法制备二维纳米材料是传统方法之一，又叫胶带剥离法。图1-3给出了机械剥离法制备二硫化钼的过程。该方法根据二维纳米材料层与层之间存在范德华力相互作用结合这一特点。利用特殊胶带的粘附性来反复破坏块状晶体材料较弱范德华力相互作用，使得层与层之间发生剥离，从而得到合适的少层或者单层的二维纳米材料。目前，利用机械剥离法已成功从不同块体材料中制备出MoS2、MoTe2、TaS2、WSe2、TaSe2等二维纳米材料。图1-3给出了机械剥离法制备二硫化钼的过程。图1-3机械剥离法制备MoS2的示意图[32]1.3.2液相剥离法为了补充机械剥离法不能大面积制造和产量低的缺点，人们通过液相剥离法(LPE)来制作少层二维纳米材料。液相剥离法是指块体材料在指定的液体中经搅拌或超声处理使液体进入层与层之间，破坏层与层之间的范德华力并且不影响层间的共价键，进而使少层的二维纳米片稳定地悬浮在剥离液体中的实验方法。液相超声剥离法在制备二维纳米材料中已被广泛使用。目前，已经成功将MoTe2、MoS2、石墨烯、BP等二维纳米材料从相应的块状材料中制备出来。图1-4给出了液相剥离法制备二维纳米材料的过程[33]。图1-4液相剥离法制备二维纳米材料的示意图[33]
【参考文献】：
期刊论文
[1]A new method to improve surface morphology of Ni-Fe-Mo-Co alloy electrode and its catalytic activity for HER[J]. LUO Beiping1,2), REN Buye3), XU You1), and ZHENG Yajie2) 1) Department of Chemistry and Chemical Engineering, Hunan Institute of Science and Technology, Yueyang 414000, China 2) College of Metallurgical Science and Engineering, Central South University, Changsha 410083, China 3) Research Institute of Materials Science, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China. Rare Metals. 2007(03)
本文编号：3072854
【文章来源】：江西师范大学江西省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
过渡金属硫化物构型元素组成分布图[26]
硕士学位论文21.2MX2(MoTe2、MoS2)的晶体结构MoTe2与MoS2具有相似的晶体结构。图1-2给出了MX2(MoTe2、MoS2)三种体相结构图，分别为1T相、2H相和3R相[28]。从图中可以看到，单层MX2(MoTe2、MoS2)包含三层原子层，即一层M(Mo)原子层和两层X(Te、S)原子层形成类三明治蜂窝状构型，表示为X-M-X。层与层之间存在范德华力的弱相互作用，层内存在X-M共价键。由于1T-MX2、2H-MX2和3R-MX2的体相构型存在的差异，导致了这些构型之间的物理化学性质存在不同。2H-MX2(MoTe2、MoS2)的体相构型，是一种类石墨烯的层状六方晶体结构，2H-MX2是以两层基本单元的方式进行堆叠。已有研究报道表明，2H-MX2构型可以在自然界稳定存在。3R-MX2(MoTe2、MoS2)的体相构型属于三方晶体结构，为亚稳定态。3R-MX2构型与2H-MX2构型的单层结构是相同的，但层与层的堆叠方式却不同，3R-MX2是三层基本单位进行堆叠。1T-MX2(MoTe2、MoS2)的体相构型也属于三方晶体结构，处于亚稳定态，所以不能直接从自然界中提取得到。1T-MX2(MoTe2、MoS2)的体相构型可以通过2H相进行相变制备得到。图1-2过渡金属硫化合物三种体相结构图[27]1.3实验制备过渡金属硫化物的方法由于过渡金属硫化物因其独特的结构和优良的物理化学性能，在众多研究领域中引起了越来越多的关注[29-31]。目前高效低廉的制备方法有机械剥离法、液相剥离法(LPE)、锂离子插层法[32-34]。
过渡金属掺杂MoX2(X=Te，S)的结构调控及其电催化析氢性能的第一性原理研究31.3.1机械剥离法机械剥离法制备二维纳米材料是传统方法之一，又叫胶带剥离法。图1-3给出了机械剥离法制备二硫化钼的过程。该方法根据二维纳米材料层与层之间存在范德华力相互作用结合这一特点。利用特殊胶带的粘附性来反复破坏块状晶体材料较弱范德华力相互作用，使得层与层之间发生剥离，从而得到合适的少层或者单层的二维纳米材料。目前，利用机械剥离法已成功从不同块体材料中制备出MoS2、MoTe2、TaS2、WSe2、TaSe2等二维纳米材料。图1-3给出了机械剥离法制备二硫化钼的过程。图1-3机械剥离法制备MoS2的示意图[32]1.3.2液相剥离法为了补充机械剥离法不能大面积制造和产量低的缺点，人们通过液相剥离法(LPE)来制作少层二维纳米材料。液相剥离法是指块体材料在指定的液体中经搅拌或超声处理使液体进入层与层之间，破坏层与层之间的范德华力并且不影响层间的共价键，进而使少层的二维纳米片稳定地悬浮在剥离液体中的实验方法。液相超声剥离法在制备二维纳米材料中已被广泛使用。目前，已经成功将MoTe2、MoS2、石墨烯、BP等二维纳米材料从相应的块状材料中制备出来。图1-4给出了液相剥离法制备二维纳米材料的过程[33]。图1-4液相剥离法制备二维纳米材料的示意图[33]
【参考文献】：
期刊论文
[1]A new method to improve surface morphology of Ni-Fe-Mo-Co alloy electrode and its catalytic activity for HER[J]. LUO Beiping1,2), REN Buye3), XU You1), and ZHENG Yajie2) 1) Department of Chemistry and Chemical Engineering, Hunan Institute of Science and Technology, Yueyang 414000, China 2) College of Metallurgical Science and Engineering, Central South University, Changsha 410083, China 3) Research Institute of Materials Science, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China. Rare Metals. 2007(03)
本文编号：3072854
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