二维MoS2纳米材料及其复合物在水处理中的应用

纳米材料和纳米技术的快速发展为水处理及资源化技术的开发带来了全新的发展机遇,作为一种典型的类石墨烯结构的二硫化钼以其层状结构和独特的物理化学性能在众多纳米材料中受到重点关注。本文梳理和归纳了二维二硫化钼纳米材料及其复合物在水处理中吸附、膜分离、催化、抗菌和检测等方面的应用,重点介绍了其在吸附和膜分离方面的研究进展,以实现对水中各种离子、染料、抗生素、致病菌等多种环境污染物的高效去除。最后,对二硫化钼及其复合物在水处理中的应用作出了评价,探讨其未来发展方向以及面临的挑战,以期为解决水环境污染和水资源紧缺等问题提供一种新型的材料和技术手段。

一种改进的MoS_2二维纳米片的高效液相剥离方法

报道了一种改进的液相剥离方法以实现MoS_2二维纳米片的高效制备。在MoS_2球磨的过程中引入轻质CaCO_3粒子作为微磨球,引入少量N-甲基吡咯烷酮作分散剂,在400r/min下球磨一定时间得到充分研磨细化的MoS_2纳米粒子。将其与含适量HCl的45%的酒精水溶液充分混合后,再进行高速剪切液相剥离,可实现MoS_2二维纳米片的高效制备。利用纳米粒度仪、AFM、TEM、拉曼光谱等对所制得的MoS_2二维纳米片进行了表征。结果表明,这种改进的球磨结合高速剪切的液相剥离方法可获得的最高产量达54.43mg/mL。

二维纳米片状MoS2的制备及其作为润滑添加剂的减摩抗磨性能

目的探究具有超薄结构的二维纳米片状MoS2的制备方法及其在发动机润滑油中的减摩抗磨性能。方法以七钼酸铵和硫脲为反应前驱物,油胺为反应溶剂,采用原位表面法制备出表面修饰有油胺分子的二维纳米片状MoS2。利用透射电镜(TEM)、红外光谱分析仪(FT-IR)、X射线光电子能谱仪(XPS)表征纳米片状MoS2的形貌特征、表面状态及化学组成。采用球盘式摩擦磨损试验机对其作为润滑添加剂在发动机润滑油中的摩擦学性能进行考察,并通过三维共聚焦表面形貌仪、扫描电镜和X射线光电子能谱仪对磨痕进行分析。结果所制备的具有超薄结构的二维纳米片状MoS2在发动机润滑油中具有良好的减摩和抗磨性能,当其添加量为3%时,摩擦系数降低27.1%,磨斑直径降低17.17%。在150℃高温下,使用纯发动机润滑油进行润滑时,摩擦初始阶段的摩擦系数高达0.5,出现润滑失效现象。然而,使用添加有3%二维纳米片状MoS2的润滑油进行润滑,150℃高温下的摩擦系数在整个实验过程中都比较平稳,磨损体积和最大磨痕深度为纯发动机润滑油润滑时的23.44%和28.53%。结论在摩擦过程中,两摩擦表面处于边界润滑状态,所制备的二维纳米片状MoS2随润滑油进入摩擦接触区,发挥良好的润滑效果。特别是在高温下,当发动机润滑油润滑失效时,二维纳米片状MoS2在摩擦表面生成富含MoS2的摩擦化学反应膜填充修复磨损表面,起到润滑作用。

不同衬底上层状MoS2薄膜制备及应用的研究进展

二维层状MoS2薄膜具有超高的光响应度、高导电特性、良好的光学透明度以及优异的机械性能,是制造多功能和高性能光电探测器、传感器等最理想的半导体材料之一。在不同衬底上制备的MoS2薄膜性质有所差异,其构成的异质结性能也各具特色。首先,介绍了常用于制备层状MoS2薄膜的化学气相沉积(CVD)法和高温热分解法;然后,综述了在Si、塑料、GaN、GaAs、Si纳米线、蓝宝石、SiO2/Si和SiC等不同衬底上制备层状MoS2薄膜的方法,利用原子力显微镜、X射线衍射、拉曼光谱、X射线光电子能谱等测试方法对各衬底上制备的MoS2薄膜结构和性能进行了表征;同时讨论了相应的异质结器件的特性及应用,并对高质量MoS2薄膜在光电探测器、气体传感器、压电器件等光电子和纳电子器件中的应用进行了展望。

层状二硫化钼光催化产氢的研究进展

单层或少数层MoS_2是一种具有类石墨烯结构的新型二维层状化合物,拥有超薄的厚度、适宜的禁带宽度及独特的电学和光学性质,在场效应管、气体传感器、光探测器、锂电池和超电容等领域有广泛的应用价值。凭借其边缘悬挂键析氢催化活性高、比表面积大、抗光腐蚀性强等优点,二维MoS_2在光催化应用上展现了良好的潜力。介绍了二维MoS_2多样的晶体结构,分析了其能带可调、可见光吸收及催化析氢等特性,综述了二维MoS_2从电催化析氢到光催化析氢的研究进展,并结合自身研究展望了单层MoS_2作为直接光催化剂的潜在优势及其挑战。

二维硫化钼的溶液法制备及其复合材料在光、电催化领域的应用

作为二维(2D)过渡金属硫族化合物(TMDs)的成员之一,MoS_2因其独特的物理化学性质及在自然界中丰富的含量成为目前研究最广泛的一种半导体。凭借超薄的层状结构和可调控的禁带宽度,单层和多层的二维MoS_2纳米材料在众多研究领域都备受关注。基于溶液法的合成工艺(如超声辅助液相剥离和湿化学合成法)有望实现大规模、高产量地制备二维MoS_2纳米材料,更重要的是,基于溶液法合成的二维MoS_2纳米材料便于作为模板或者载体来制备功能性复合纳米材料,有利于进一步提升其在相关应用中的性能。本文重点介绍了基于溶液制备二维MoS_2纳米材料的各种合成方法,同时特别关注了溶液法制备的二维MoS_2复合纳米材料及其在光、电催化方面的应用,并展望了溶液法合成二维MoS_2及其复合材料的应用前景和挑战。