張淑惠 王夢岑 張伊晗

摘要：二硫化鉬MoS2納米材料作為一種過渡金屬硫化物，類似于二維層狀結(jié)構(gòu)的石墨烯，由于具有比表面積大、抗光腐蝕性強(qiáng)、邊緣結(jié)構(gòu)豐富、化學(xué)穩(wěn)定性良好和可調(diào)禁帶寬度等優(yōu)異的物化性質(zhì)和廣闊的應(yīng)用前景而成為新型光催化材料的研究熱點之一。文章簡單論述了近年來MoS2納米材料主要制備方法，重點介紹了與其他半導(dǎo)體材料形成光催化復(fù)合體系在光催化的研究進(jìn)展，最后，展望了MoS，在光催化領(lǐng)域的研究與應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：MoS2；納米材料；光催化；復(fù)合材料

低成本的太陽能，如對太陽能低溫?zé)岬睦檬且环N高效利用太陽能的重要手段?，F(xiàn)如今，光催化反應(yīng)是解決能源危機(jī)和環(huán)境污染問題的一個有效途徑，我國也將此列為解決環(huán)境問題的重點。

1 光催化概述

光催化即光能夠激發(fā)半導(dǎo)體中的電子，光生電子是由電子從價帶激發(fā)到導(dǎo)帶而產(chǎn)生，隨即價帶中產(chǎn)生對應(yīng)的光生空穴，電子和空穴分別擴(kuò)散到半導(dǎo)體表面，在表面與不同的反應(yīng)對象進(jìn)行反應(yīng)。MoS1的光催化機(jī)理如圖1所示。

光生電子具有還原性，空穴具有氧化性，這兩種可以分別應(yīng)用在不同的領(lǐng)域。作為一種類石墨烯六方密堆積層狀結(jié)構(gòu)材料，界面硫原子共價鍵有一個，Mo原子具有小的磁矩，可以取正值也可以取負(fù)值，MOS，形成以硫?qū)雍豌f層相交替的類似“三明治”夾層結(jié)構(gòu)，此外，納米MoS，的層狀結(jié)構(gòu)的禁帶寬度約在1.80 eV，在可見光下具有光催化活性，同時因為納米結(jié)構(gòu)的MoS，有一個較大的比表面積，能增強(qiáng)它的催化活性，所以是一種光催化劑。

2 納米MoS，的制備方法

納米MoS，的制備方法有許多種，按制備的狀態(tài)分為固相法、液相法、氣相法，固相法對設(shè)備要求較高，方法不靈活，產(chǎn)物的形貌不易控制，本研究主要介紹液相法和氣相法，其中液相法最為常用方法。液相法主要包括水熱合成法，模板法，超聲合成法，電化學(xué)合成法，溶膠一凝膠法等。迄今為止，人們己采用這些方法制備出了不同形貌的MoS，納米材料，如納米片、納米球、納米花狀球、納米線、納米棒、空心球等。

2.1 液相法

2.1.1 模板法

模板法是利用MoS2的結(jié)構(gòu)導(dǎo)向性與空間限域性，有效地調(diào)制了材料的結(jié)構(gòu)、形貌、尺寸和排列等。模板法是一種重要的方法來制備納米結(jié)構(gòu)，其具有能夠精確控制納米材料的結(jié)構(gòu)，形貌和尺寸等優(yōu)點，并且具有廣泛的應(yīng)用前景。Sun等采用的是Masuda的二次陽極氧化法，在低溫條件下，制得直徑均為100 nm的MoS2納米材料。通常情況下，通過在良性水介質(zhì)中在吲哚存在下剝離，一鍋易流水熱反應(yīng)合成的二硫化鉬（MoS2）的納米片形態(tài)就變成了穩(wěn)定的分散體。這些剝離的納米片然后作為主體來模板化吲哚的受控聚合等，形成的物質(zhì)更有利于光催化的應(yīng)用。另外，Wu等為了有效地利用可見光，用光電化學(xué)（Photo ElectroChemistry， PEC）檢測出獨特的檢測信號和激發(fā)源的不同能量形式。通過簡單的C3N4犧牲模板輔助熱解方法成功制備了窄帶隙超薄MoS，納米片。模板法通常就是最后通過改變孔徑參數(shù)來實現(xiàn)改變納米管的尺寸和分布問題，也是一種常用的方法之一。

2.1.2 水熱合成法

水熱合成法是在高溫高壓下，能溶解難溶物質(zhì)，或者生成溶解產(chǎn)物，由于溫差在高溫釜內(nèi)的明顯差距，最終獲得一種反應(yīng)時間和條件較為簡單的晶相結(jié)構(gòu)。水熱合成法具有操作簡單、產(chǎn)物晶型好、形貌可控等優(yōu)點，是合成納米材料常用的一種方法。

陳小亞等利用水熱合成的方法，采用兩種不同的原料配比，分別在相對較低的反應(yīng)溫度和較短的反應(yīng)時間里合成MoS，材料，較大地簡化了反應(yīng)條件，并獲得了一定的晶相結(jié)構(gòu)。在水熱條件下，用硫代乙酰胺和鉬酸鈉和L-白氨酸的生物分子的添加劑，最終合成了花狀MoS2。Lin等認(rèn)為MoS2納米棒的水熱合成是通過加入硅鎢酸作為添加劑，用水熱法成功合成的，最終發(fā)現(xiàn)硅鎢酸的加入在我們的實驗中形成棒狀MoS，的過程中起著至關(guān)重要的作用。

水熱法可以通過控制反應(yīng)條件和反應(yīng)物的組成來合成不同形貌的納米MoS2，但是，其制得的納米MoS2結(jié)晶度較低。

2.2 氣相法

氣相法指的是化學(xué)氣相沉積法（Chemical VaporousDepositon，CVD），以鉬單質(zhì)或鉬的氧化物（MOS3）作為原料，在高溫下，進(jìn)行硫化來制備納米MoS，，硫化的硫源通常有硫單質(zhì)和硫化氫氣體。這些可以制備大面積、結(jié)晶程度很好的納米材料，反應(yīng)氣氛主要有3種：H2S/H2中，MOS3+2H2S+H2=MoS2+3H2O2一種是在單質(zhì)硫蒸氣中，2MoS2+7/8S8=2MoS2+3SO2，另一種在H2S/惰性氣體中MOS3+3H2S=MoS2+3 H2O+1/8S8，氣相法制備MoS，也是比較常見的一種合成方法。

Cheng等研究得出MoO3預(yù)沉積的化學(xué)氣相沉積（Chemical Vapor Deposition，CVD）法應(yīng)用于4英寸的晶圓上并合成單晶單層的MoS2_角形。在CVD生長之前，通過在襯底上定期沉積MoO3顆粒，可以大大改善MoS2的晶片級均勻性。微觀和光譜表征結(jié)果表明，生長的MoS2在空間分布和晶體結(jié)構(gòu)上都高度均勻。MoO3預(yù)沉積的作用不僅能有效地控制MoS，的成核密度，而且能克服MoO3源的擴(kuò)散不良等缺點。MoS2納米薄片的制備是通過在超聲輔助下，將MoS2粉末剝離，并采用化學(xué)氣相沉積法為模板合成石墨烯泡沫。

CVD法是一種能有效制備納米二硫化鉬的途徑，此方法不僅簡單反應(yīng)迅速，而且對環(huán)境污染較小，能減少有毒氣體硫化氫的污染，但是此方法的缺點是反應(yīng)條件艱難，并且反應(yīng)的氣體流速和反應(yīng)物的表面形態(tài)，都能影響到產(chǎn)物的產(chǎn)率等。

3 納米MoS，的復(fù)合體系在光催化的應(yīng)用

MoS2獨特的三明治結(jié)構(gòu)引起了人們的關(guān)注，人們在制備MoS2的過程中，為了提高它的光催化性能，越來越多的人在制備過程中發(fā)現(xiàn)了比單個MoS，催化性能更高的復(fù)合型物質(zhì)。理論上最小帶隙在光催化材料上約為1.23 eV，相應(yīng)的理論H2轉(zhuǎn)化率可達(dá)到47%。

光催化水解生產(chǎn)氫氣是一種能使可再生的太陽能氫氣發(fā)電的一種重要手段，現(xiàn)如今受到研究人員的廣泛關(guān)注。盡管付出了巨大的努力，但目前材科學(xué)面臨的巨大挑戰(zhàn)是開發(fā)高活性光催化劑，以低成本分解水。在這里，我們報告了幾種新型的復(fù)合材料使光催化性能更加顯著，析氫效率更高。Long等制備的MoS2/Bi2S3_維花狀雜化納米結(jié)構(gòu)，使得其在可見光照射下表現(xiàn)出吸附促進(jìn)的光催化作用。

4 結(jié)語

隨著科研工作者不斷地研究，MoS，作為與石墨烯結(jié)構(gòu)類似的材料，近些年來得到了人們極大的關(guān)注。其中，大部分工作還停留在MoS，納米材料制備的方法與表征階段。另外，在MoS，納米粒子及MoS，所形成的復(fù)合物體系的研究上，研究者熱衷于光催化性質(zhì)的改善上。另一方面，我國作為世界上主要Mo生產(chǎn)國之一，針對納米MoS，的制備與性質(zhì)的研究，更有利于我國在世界資源市場上占據(jù)有利地位，充分發(fā)揮地緣優(yōu)勢，實現(xiàn)對資源的多樣化利用，刺激本國經(jīng)濟(jì)增長。在未來很長一段時間里，這將是我國光催化領(lǐng)域科研工作者研究的熱點。