微氧化MXene/MoS2复合膜分离净化效能及稳定性增强机制研究

二维纳米材料由于优异的理化性质和易于调控的特点,在新型膜材料的开发与应用中受到了广泛关注.基于二维材料层层堆叠可以制备二维膜,而如何对二维膜进行结构性能上的改进是目前该领域聚焦的前沿问题.MXene膜是一种新型二维膜,在分离净化领域具有较大应用潜力.然而,目前MXene膜的分离净化效能主要受到膜的结构稳定性和改性方法的限制.本研究采用了通过异质纳米材料MoS₂插层,随后进行温和且快速预氧化,可获得稳定的纳米层状结构,从而得到一种MXene(Ti₃C₂T_x)/MoS₂高性能复合膜.MXene/MoS₂复合膜的水通量显著提高,对目标污染物染料的去除率高达99.9%.与未氧化的MXene膜相比,复合膜对NaCl和MgCl₂的渗透抑制效率分别提高了48.4%和82.0%.此外,复合膜在结构/外观和通量方面表现出长期的稳定性.因此,利用预氧化/插层法制备的复合膜对MXene膜结构调控和性能优化提供了新策略和新思路.     

Zn掺杂MoS2的构型、电子结构及电催化析氢性能的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)方法对二硫化钼(MoS₂)完整表面和不同掺杂浓度下过渡金属Zn原子掺杂MoS₂表面(Zn-MoS₂)的构型、电子结构及其电催化析氢性能进行了研究.研究结果表明:与MoS₂完整表面相比,Zn掺杂单层MoS₂的氢吸附吉布斯自由能(-0.09 eV)明显减小,接近理想值(约0 eV),表现出优异的析氢催化反应性能.电子结构研究结果表明:Zn掺杂MoS₂表面后,体系费米能级附近出现了Zn-3d轨道的带隙态,这表明有效调控了MoS₂催化材料的电子结构.在费米能级附近还出现了与Zn原子相邻的S原子的3p轨道的新电子态,可有效增强S-3p轨道和H-1s轨道的重叠,从而提高吸附氢的性能、优化电催化析氢性能.进一步对不同Zn掺杂浓度下Zn-MoS₂体系的研究结果表明提高Zn掺杂浓度仍能保持优异的电催化析氢反应性能.该文通过引入不同Zn掺杂浓度的方法,对MoS₂电催化剂的电子结构进行调控,从而有效提升电催化析氢反应性能.     

无模板合成磁性核壳Fe3O4@MoS2@介孔TiO2光催化剂及其在废水处理中的应用

二氧化钛(TiO₂)光催化剂在环境修复领域被重点关注和广泛研究。然而，仅响应紫外光(<5%的太阳光)、光生电荷分离效率低和回收困难等缺点严重阻碍了其实际应用。本文通过结合简单、绿色、无模板的溶剂热法和超声水解法制备出可磁分离的Fe₃O₄@MoS₂@介孔TiO₂ (FMmT)光催化剂。研究发现，FMmT具有更大的比表面积(55.09 m2·g?1)，更强的可见光响应能力(~521 nm)以及更高的光生电荷分离效率。此外，光照300 min后，FMmT对亚甲基蓝(MB)、罗丹明B(RhB)和四环素(TC)的光催化降解效率分别为99.4%、98.5%和89.3%，相应的降解速率常数分别是纯TiO₂的4.5、4.3和3.1倍。由于具有高饱和磁化强度(43.1 A·m2·kg?1)，FMmT可在外加磁场作用下实现有效回收。光催化活性的提高与活性中间层(MoS₂)对光生电子的有效传输以及异质结(MoS₂@TiO₂)对电子–空穴的高效分离密切相关。同时，介孔TiO₂壳层优异的光捕集能力和丰富的反应位点可使FMmT的光催化效率得到进一步提高。本工作首次提出将MoS₂作为活性中间层，并将其与介孔TiO₂壳层相结合，为磁性光催化剂的设计和性能优化提供了新方法和实验依据。     

单层含硫空位MoS2光伏效应的第一性原理研究

基于非平衡态格林函数——密度泛函理论，采用第一性原理研究方法，对单层含硫空位MoS₂的光伏效应进行了研究.利用能带图和联合态密度分析单层含硫空位MoS₂的光响应函数.结果表明:对于单层含硫空位的MoS₂，线偏光电流效应不明显，而圆偏光电流效应比较明显.计算模拟了随偏振角(相位角)变化的光响应函数，计算结果符合唯象理论.单层含硫空位的MoS₂可被应用于新型电子和光电子器件中，为进一步认识单层硫空位MoS₂的光电流效应提供了新的理论基础.     

S-scheme ZnO/MoS2异质结构筑与对盐酸四环素降解性能

抗生素药物使用范围广且用量大,导致大量抗生素废水进入水体或者残留在土壤环境中,对人类健康造成威胁,然而传统工艺对其去除效果并不理想.以ZnO为基底,通过掺杂MoS₂,制备了S-scheme ZnO/MoS₂异质结复合材料,研究了该材料对抗生素废水的净化性能.通过调节复合材料中ZnO含量、光照条件、盐酸四环素浓度等,探讨了ZnO/MoS₂复合材料对不同浓度盐酸四环素(tetracycline hydrochloride,TC)废水的净化效果.结果表明:在光照条件下,催化剂复合比为1∶1的ZnO/MoS₂复合材料对60 mg·L^－1四环素废水的降解效率可达88%(pH=7,105 min);电子传递与污染物降解机理研究表明,电子由ZnO导带迁移至MoS₂价带,形成S-scheme异质结,从而有效提高了催化效率与污染物降解性能.     

分子印迹中空纤维复合膜对异丙醇/水体系的渗透汽化

以聚砜(PSF)中空纤维超滤为基膜,二苯甲酰-L-酒石酸(L-DBTA)为模板分子,甲基丙烯酸甲酯(MMA)为功能单体,乙二醇二甲基丙烯酸酯(EDMA)为交联剂,采用表面热聚合方法制备了L-DBTA印迹中空纤维复合膜。该复合膜对异丙醇/水体系具有很好的分离效果,对于w=0.20和0.50的异丙醇/水体系,经过一次浸膜制得的L-DBTA分子印迹复合膜的分离因子分别为2 400和5 690,通量分别为1 440 g/(m2.h)和551 g/(m2.h);对于w=0.95的异丙醇/水体系,浸膜液浓缩一倍,经过两次浸膜制得的L-DBTA分子印迹复合膜分离因子可达82 100,渗透通量可达739 g/(m2.h);对于异丙醇/水体系,通过实验,获得了L-DBTA分子印迹复合膜与一般渗透汽化膜相反的分离规律:料液温度升高,L-DBTA分子印迹复合膜的渗透通量下降;随着料液浓度的升高,分离因子出现最大值时的温度逐渐升高。     

Pd-ZSM-5复合膜的制备及其氢气分离性能

为了能够在大孔氧化铝载体表面得到透氢性能良好的钯膜,利用二次生长法在多孔Al₂O₃载体上生长出一层连续完整的ZSM-5沸石分子筛修饰层,通过化学镀过程在ZSM-5沸石分子筛修饰的载体上沉积一层钯膜,从而得到Pd-ZSM-5复合膜。利用扫描电子显微镜(SEM)对载体、ZSM-5沸石分子筛修饰后的载体和Pd-ZSM-5复合膜的形貌进行详细分析,并通过X线能量色散光谱(EDX)对Pd-ZSM-5复合膜的表面和截面元素分布进行了研究。而且,为了确定该Pd-ZSM-5复合膜的H₂渗透性能,在623～773 K范围内,研究了操作温度、操作时间和测试压力对Pd-ZSM-5复合膜透氢性能的影响。研究结果表明,ZSM-5沸石分子筛修饰层能够有效改进载体的表面粗糙度和降低其表面孔径,有助于Pd膜的沉积。所制备的Pd-ZSM-5复合膜表面完整、致密,Pd膜层厚度约为5μm, ZSM-5沸石修饰层厚度约为3μm。当操作温度为773 K、渗透压力为0.1 MPa时,Pd-ZSM-5复合膜的H₂渗透通量和H₂     

MoS2/C/MXene复合材料的制备及储锂性能研究

通过简单的水热结合退火的方式合成了MoS₂/C/MXene复合材料,其中MoS₂为1T晶型。MoS₂/C纳米片均匀地生长在MXene薄片上,呈现出独特的多孔异质结构,这种结构不仅有效抑制了MXene薄片的重新堆积,还缓解了MoS₂充放电过程中的体积膨胀。无序碳的引入提高了复合材料的导电性,并使MoS₂的晶型从2H转变为1T。将MoS₂/C/MXene复合材料作为锂离子电池负极材料,表现出优秀的循环性能。在1 A·g^-1的电流密度下循环1 000次后拥有574.2 mA·h·g^-1的比容量。这项研究为制备具有良好电化学性能的锂离子电池负极材料提供了一种设计策略。     

基底材料对MoS2的应变场影响

利用有限元法分析对生长在Au、Cu、Al₂O₃、SiO₂、Ni这5种不同基底上的层状MoS₂的应变分布进行模拟仿真.研究结果表明:基底材料的泊松比不同会使得基底和MoS₂的y方向形变都不相同; 基底的杨氏模量不同会使得不同基底底部与二硫化钼(MoS₂)顶部的应变差别不同.在膨胀过程中,y方向底端的拉伸应变大于中间的拉伸应变,这会导致基底与顶端应变高于中间的应变.因此,基底材料的杨氏模量和泊松比与MoS₂的应变分布密切相关.根据仿真结果可得,由于MoS₂在Au和SiO₂基底上所受到的应变较小,导致MoS₂的顶端和基底底部应变差较大,因此容易造成剥离脱落; 而在Al₂O₃基底上,由于基底材料具有较高的杨氏模量,且与MoS₂比较接近,所以MoS₂顶端和基底底部呈现的应变差接近.由此可见,在这些材料当中,Al₂O₃更适合作为MoS₂的基底材料.通过研究基底材料的应变场分布,能更好地对纳米材料进行调控,从而改善器件的相关性能.     

空心绣球状MoS2/ZnS/ZnO异质结材料的制备及太阳光下降解四环素的研究

采用水热法制备绣球状ZnO纳米微球,再以其为晶核,通过原位生长及氨的渗入腐蚀成功制备了空心绣球状MoS₂/ZnS/ZnO异质结光催化材料。采用SEM、TEM、XRD、XPS、BET及UV-VIS对样品的形貌、组织结构、成分、比表面积及光吸收等性能进行了表征。探讨了空心绣球状MoS₂/ZnS/ZnO异质结材料的形成机制,研究了空心绣球状MoS₂/ZnS/ZnO异质结材料催化降解机理及四环素的降解过程。结果表明：尺寸均一、比面积大的空心绣球状MoS₂/ZnS/ZnO异质结材料不仅能实现宽窄带隙材料的有效杂化,促进材料对太阳光中可见光的利用,还能使光生电子及空穴分别转移至ZnO CB和MoS₂ VB中,有效地分离了光生电子空穴,光催化性能最佳。在太阳光模拟器的照射下反应2 h之后,8 h合成的空心绣球状MoS₂/ZnS/ZnO异质结材料对四环素的降解效果最好,降解率高达91%。     

浓硫酸氧化改性天然辉钼矿及其电催化性能研究

用浓硫酸加热氧化法, 获得提纯的辉钼矿。利用 X 射线荧光光谱(XRF)、X 射线衍射(XRD)、X 射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)和拉曼光谱(Raman), 对氧化前后的样品进行表征, 并测试样品的电催化性能。经浓硫酸氧化后, MoS₂的(002)晶面晶粒的平均粒径减小14%, 层间距增加0.04 Å, 且S²⁻被氧化为S⁶⁺。结果表明, 经过浓硫酸氧化, MoS₂的片层能够在一定程度上被剥离, 辉钼矿对于对硝基苯酚的还原作用增强, 还原峰电位发生正向移动。     

一步水热法制备MoS2/Ni3S2@NF析氧催化剂

采用一步水热法成功制备了MoS₂/Ni₃S₂@NF异质结催化剂.通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对所制备电极的物相和微观形貌进行表征,表面粗糙的核壳MoS₂/Ni₃S₂异质结均匀紧密地分布在镍网(NF)表面.在1 mol·L^-1的KOH电解液中,运用线性扫描伏安测试(LSV)、电化学交流阻抗(EIS)、计时电位和计时电流等方法对电极的电催化析氧(OER)性能进行了测试.结果表明,驱动10 mA·cm^-2电流密度,仅需134 mV过电势;其Tafel斜率为55.2 mV·dec^-1;经过15 h计时电位测试,电流密度保持率高达93.5%.在300、400、500 mA·cm^-2电流密度连续测试45 h的结果耐久性表明,MoS₂/Ni₃S₂@NF具有较好的大电流密度工作耐久性.     

纳米MoS2含量对纳米微量润滑磨削CFRPs的影响

为了研究磨削碳纤维复合材料(CFRPs)时,纳米二硫化钼(MoS₂)含量对纳米微量润滑效果的影响,制备了不同质量分数(0%,3%,6%,9%,12%)的纳米MoS₂和棕榈油混合液,作为纳米微量润滑油液,对碳纤维复合材料进行磨削加工.使用光学显微镜,观测分析碳纤维复合材料的表面粗糙度、表面形貌.使用测力仪对磨削力进行测量,并通过磨削力计算出磨削力比.最后对纳米(MoS₂)在纳米微量润滑磨削过程中的作用机理进行了阐述.结果表明,当纳米(MoS₂)质量分数为9%时磨削力比最低,为0.0632,表面粗糙度R_○a值最小,为1.86μm,且表面碳纤维损伤最小.     

过渡金属掺杂硫化钼基催化剂加氢脱硫研究进展

加氢脱硫技术广泛应用于国内外清洁油品生产，目前硫化钼基催化剂是工业中最主要的加氢脱硫催化剂。Co和Ni等金属掺杂可以精细调变MoS₂活性相微观结构和反应机理，极大地提升了其催化性能，使其成为加氢脱硫领域的研究热点。本文综述了过渡金属掺杂MoS₂基催化剂的研究进展：首先概述了过渡金属掺杂MoS₂基催化剂制备方法；其次在原子水平上讨论了过渡金属的引入对MoS₂活性相微观结构的影响；并对3种噻吩类含硫化合物在MoS₂基催化剂上的加氢脱硫反应机理进行了总结；最后汇总了近期过渡金属掺杂MoS₂基加氢脱硫催化剂的研究成果。     

基于Fe3O4@MoS2-Au纳米复合材料修饰电极的多巴胺电化学传感研究

通过将金纳米粒子(AuNPs)电沉积在Fe₃O₄@MoS₂修饰的电极上制备了一种新型的电化学传感器,该修饰材料是以二硫化钼(MoS₂)为基底,采用一锅法将四氧化三铁微粒(Fe₃O₄ NPs)负载在MoS₂上。Fe₃O₄@MoS₂纳米复合材料独特的化学结构和较高的比表面积能有效促进AuNPs的后续吸附,有效增强检测多巴胺的灵敏度。AuNPs与Fe₃O₄@MoS₂纳米复合材料之间的协同作用还弥补了MoS₂电导率的不足,提高了传感器的灵敏度和稳定性。本文成功开发了一种灵敏度高,选择性好的多巴胺(DA)检测方法,能够准确检测DA的有效线性范围为15μmol/L～750μmol/L,检出限为8μmol/L (S/N=3)。运用循环伏安法(CV)和差分脉冲伏安法(DPV)实现了对人体血清样品中多...     

多功能水性铝粉颜料的制备及应用

SiO₂包覆铝粉(Al@SiO₂)是目前应用最广的水性金属颜料, 但Al@SiO₂仍为银色, 且不能耐强酸强碱腐蚀.依据SnO₂的特性,SnO₂包覆铝粉(Al@SnO₂)可制得耐腐蚀性更优的水性金属颜料,且该颜料兼具光催化活性和隐身性能.本文前驱体采用无水四氯化锡/异丙醇,反应介质采用异丙醇/水,探讨了核为铝片,壳为SnO₂,桥为Al(OH)₃或Sn(OH)₂的Al@SnO₂在弱酸性条件下的制备原理.采用光学显微镜、X衍射、光催化降解效率和耐腐蚀性测试等表征手段,探讨了制备条件对Al@SnO₂水性颜料的耐腐蚀性,色相及光催化性能的影响.     

钼片上少层MoS2薄膜制备及其结构性能研究

采用气-固法在Mo基片制备高结晶质量的少层MoS₂薄膜。通过X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪和光学显微镜(OM)对样品的结构和形貌进行表征,研究生长温度对薄膜结构、形貌和光致发光性能的影响。结果表明：在温度为800,900,1000℃生长的大面积薄膜呈现枝状晶结构;随着生长温度的增加制备的薄膜结晶性能越来越好;所有样品特征拉曼峰均位于385.7 cm^-1和410.8 cm^-1附近,这两个特征峰的差值为25.1 cm^-1,表明生长的薄膜为少层MoS₂膜;所有样品在693 nm处出现发光峰,对应带隙1.789 eV属于直接带隙半导体。该方法制备的薄膜在实现具有宽波段吸收和高光响应度的光电探测器件方面具有重要的应用价值。     

Bi2Se3/MoS2异质结的光学性质

对单层MoS₂与纳米级别厚度的Bi₂Se₃薄片进行组合构建超薄异质结,利用HR-Evolution显微共聚焦拉曼光谱系统,结合反射、拉曼和荧光光谱学测试技术,对Bi₂Se₃/MoS₂异质结中的激子发光、异质结中的界间相互作用和电荷转移等行为进行了深入而系统的研究.首先,利用干法转移技术将不同厚度的Bi₂Se₃薄片转移到CVD生长的单层MoS₂上构建Bi₂Se₃/MoS₂异质结.然后,利用反射光谱和拉曼光谱技术探测异质结的平整度和界面耦合质量,表明异质结的2种材料发生堆叠后具有良好的平整度,按照不同厚度对白光保留着良好的透光性;2种材料堆叠时没有引入附加应力,形成的异质结具有良好的界面耦合质量.最后,通过对异质结的荧光光谱研究发现下层母体材料MoS₂的A、B激子峰的发光效率大大减弱,同时它们的发光波长随着上层Bi₂Se₃薄片的厚度增加逐渐减小,半高宽随着上层Bi₂Se₃薄片的厚度增加逐渐变窄,这说明电子传递到Bi₂Se₃/MoS₂界面后发生退激发,使得MoS₂的发光发生明显猝灭,而且该结果可能还包括异质结的电子能带结构变化导致电荷发生重新分布的的更深层次原因.该研究对新型光电子器件的设计和应用具有一定的意义和指导作用.     

P2W17V-WO3纳米粒子复合膜的制备与电致变色性能

为了提高WO₃薄膜的电致变色性能,采用层接层自组装技术构筑了基于钒钨酸盐多阴离子[P₂W₁₇VO₆₂]^7-和WO₃纳米粒子的电致变色复合膜P₂W₁₇V-WO₃.利用扫描电子显微镜、原子力显微镜和X射线光电子能谱对复合膜进行表面形貌和元素组成及价态的表征,并通过紫外-可见吸收光谱和电化学联机的方法对复合膜进行膜增长的监测和电致变色性质的研究.结果表明：复合膜P₂W₁₇V-WO₃的光反差达到23.93%,着色褪色时间分别为3.03和10.12 s,着色效率为111.23 cm²/C,均优于已报道的WO₃薄膜材料,且经过600次循环后该复合膜损失率仅为6.9%,稳定性良好.     

CS-PVA/PVDF膜蒸汽渗透强化乙酸异丙醇的酯化反应

利用自制的壳聚糖-聚乙烯醇/聚偏氟乙烯(CS-PVA/PVDF)中空纤维复合膜进行蒸汽渗透耦合乙酸异丙醇酯化反应。通过扫描电子显微镜(SEM)表征膜的微观结构。研究复合膜在蒸汽渗透下分离水/异丙醇的性能。考察耦合酯化反应过程中反应温度、催化剂用量、醇酸初始摩尔比以及膜温对酯产率和膜通量的影响。结果表明:膜分离层与支撑体结合紧密;复合膜对水/异丙醇体系具有较好的分离性能。酯化反应的最佳条件:反应温度95℃,醇酸摩尔比2.5∶1,催化剂用量3%,膜温90℃。在最佳条件下,反应11.5 h,酯收率由非耦合时的82.7%提高到耦合时的99.2%。