本文主要研究内容
作者张帼媛（2019）在《应力调控二维过渡金属硫族化合物相变及其电催化析氢性能研究》一文中研究指出：二维过渡金属硫族化合物（TMDs）凭借自身独特的物理化学性质,在催化、电子、光电子、电池等领域展现出了巨大的应用潜力。有趣的是,这种二维纳米材料有两种常见相态,即热力学稳定的三棱柱（2H）相和亚稳态八面体（1T）相。与带隙为1-2eV的半导体2H相相比,金属1T相具有更优异的导电性和电催化活性。然而,在制备TMDs的传统方法中,热力学倾向于生成较为稳定但催化活性较低的2H相,制备1T相TMDs目前仍然依赖于2H相到1T相的相转变。尽管,利用碱金属插层、调控压力法、电子束处理以及表面掺杂等手段可以实现2H相到1T相的转变。但是操作过程繁琐,制备的1T相纯度有限且主要为亚稳态,经热退火处理后会迅速变回2H相。因此,直接制备出具有高纯度和高稳定性的1T相TMDs无论是在应用领域还是理论领域都有着重要的意义。应力工程已被证明是一种有效的调制TMDs电子和光子特性的方法。理论研究表明,应力可以通过改变二维TMDs的费米能级和电子态密度诱导1T相的生成。与传统的化学处理法相比,应力工程引起的相变不会对纳米片造成缺陷,很大程度上保持了材料的性能。虽然应力对调控二维TMDs相变表现出良好的前景,但其在实际应用方面受到了限制。目前对TMDs施加应力的方法主要借助于一种机械弯曲装置,通过将二维TMDs叠加在柔性衬底上,并对衬底进行挤压,从而对TMDs施加应力,但是由于衬底通常是绝缘聚合物,给TMDs的应用带来限制。在本工作中,我们选择一维导电碳纳米管（CNTs）作为生长基底,通过对二维TMDs进行钴（Co）掺杂改性使其在碳纳米管周围形成弯曲包覆,这种原位生长产生的应力促进了二维TMDs高活性1T相的生成。同时我们还对应力诱导1T相形成的机理进行了研究,实现了对1T相含量的调控。制备的1TCo-TMDs/CNTs展现出优异的电催化析氢性能。本论文主要可以分为以下几个方面:（1）首先以TMDs中的硒化钨（WSe2）作为代表,利用水热的方法,对其进行Co掺杂后选用外径为10 nm左右的多壁碳纳米管（MWNTs）诱导其包覆生长。利用SEM、元素mapping、TEM、XRD、UV、Raman、XPS等表征手段研究了 Co-WSe2/MWNTs异质结构的微观形貌及组成。结果表明,通过对二维WSe2进行Co掺杂,纳米片形貌发生变化,尺寸明显减小,在MWNTs表面形成了类似“鱼鳞状”的弯曲包裹。这种原位生长模式不仅提高了材料的边缘活性位点数目,而且诱导了 WSe2金属1T相的生成,提高了材料的导电性。将制备的Co-WSe2/MWNTs用于电催化析氢反应,在酸性条件下,其展现出了优异的催化性能和稳定性,过电势仅为174 mV(电流密度为-10 mA cm-2),塔菲尔斜率为37 mV dec-1。同时,Co-WSe2/MWNTs在碱性条件下也表现出了优异的催化活性。（2）为了进一步探讨应力诱导相变的产生机制,并对WSe2金属1T相的含量进行合理调控,我们扩大了作为基底的CNTs的尺寸范围,将MWNTs扩展到了曲率更大的单壁碳纳米管（SWNTs,2 nm）以及曲率相对较小的碳纳米纤维（CNFs,150nm）上。同时对比研究了 CNTs和Co掺杂所形成的机械应力和界面化学协同作用对WSe2在CNTs上的包覆所产生的影响。后续通过SEM、TEM、XRD、PL、UV、Raman、XPS等表征手段对材料的微观结构和构成进行分析。结果表明,Co掺杂在原位包裹中起到了很大的作用,借助Co元素与碳基底界面间强的Co-C键结合能,二维纳米片牢牢包裹在三种碳基底表面。相比较传统制备金属相的方法,用应力法制备的Co-WSe2/CNTs表现出良好的热力学稳定性。通过计算,在三种CNTs诱导生成的异质结构中,Co-WSe2/SWNTs受到的应力最大（56.5%）,金属1T相含量达到82.9%。Co-WSe2/SWNTs在酸性和碱性电解液中都展现出了最优异的电催化析氢性能和稳定性。在酸性条件下,过电势仅为147 mV,塔菲尔斜率为33 mV dec-1,几乎可以与贵金属铂媲美。（3）将相同的应力策略拓展到其它过渡金属硫族化合物,如二硫化钼（MoS2）,结果表明CNTs和Co掺杂所形成的机械应力和界面化学协同作用同样适用于MoS2,在Co-MoS2/SWNTs中金属1T相的含量高达75.7%,其在酸性和碱性电解液中的过电势分别为180mV和152mV,相比较MoS2有很大提升。我们的工作利用应力实现了对二维TMDs相变的有效调控,拓宽了其在催化领域的应用。
Abstract
er wei guo du jin shu liu zu hua ge wu （TMDs）ping jie zi shen du te de wu li hua xue xing zhi ,zai cui hua 、dian zi 、guang dian zi 、dian chi deng ling yu zhan xian chu le ju da de ying yong qian li 。you qu de shi ,zhe chong er wei na mi cai liao you liang chong chang jian xiang tai ,ji re li xue wen ding de san leng zhu （2H）xiang he ya wen tai ba mian ti （1T）xiang 。yu dai xi wei 1-2eVde ban dao ti 2Hxiang xiang bi ,jin shu 1Txiang ju you geng you yi de dao dian xing he dian cui hua huo xing 。ran er ,zai zhi bei TMDsde chuan tong fang fa zhong ,re li xue qing xiang yu sheng cheng jiao wei wen ding dan cui hua huo xing jiao di de 2Hxiang ,zhi bei 1Txiang TMDsmu qian reng ran yi lai yu 2Hxiang dao 1Txiang de xiang zhuai bian 。jin guan ,li yong jian jin shu cha ceng 、diao kong ya li fa 、dian zi shu chu li yi ji biao mian can za deng shou duan ke yi shi xian 2Hxiang dao 1Txiang de zhuai bian 。dan shi cao zuo guo cheng fan suo ,zhi bei de 1Txiang chun du you xian ju zhu yao wei ya wen tai ,jing re tui huo chu li hou hui xun su bian hui 2Hxiang 。yin ci ,zhi jie zhi bei chu ju you gao chun du he gao wen ding xing de 1Txiang TMDsmo lun shi zai ying yong ling yu hai shi li lun ling yu dou you zhao chong yao de yi yi 。ying li gong cheng yi bei zheng ming shi yi chong you xiao de diao zhi TMDsdian zi he guang zi te xing de fang fa 。li lun yan jiu biao ming ,ying li ke yi tong guo gai bian er wei TMDsde fei mi neng ji he dian zi tai mi du you dao 1Txiang de sheng cheng 。yu chuan tong de hua xue chu li fa xiang bi ,ying li gong cheng yin qi de xiang bian bu hui dui na mi pian zao cheng que xian ,hen da cheng du shang bao chi le cai liao de xing neng 。sui ran ying li dui diao kong er wei TMDsxiang bian biao xian chu liang hao de qian jing ,dan ji zai shi ji ying yong fang mian shou dao le xian zhi 。mu qian dui TMDsshi jia ying li de fang fa zhu yao jie zhu yu yi chong ji xie wan qu zhuang zhi ,tong guo jiang er wei TMDsdie jia zai rou xing chen de shang ,bing dui chen de jin hang ji ya ,cong er dui TMDsshi jia ying li ,dan shi you yu chen de tong chang shi jue yuan ju ge wu ,gei TMDsde ying yong dai lai xian zhi 。zai ben gong zuo zhong ,wo men shua ze yi wei dao dian tan na mi guan （CNTs）zuo wei sheng chang ji de ,tong guo dui er wei TMDsjin hang gu （Co）can za gai xing shi ji zai tan na mi guan zhou wei xing cheng wan qu bao fu ,zhe chong yuan wei sheng chang chan sheng de ying li cu jin le er wei TMDsgao huo xing 1Txiang de sheng cheng 。tong shi wo men hai dui ying li you dao 1Txiang xing cheng de ji li jin hang le yan jiu ,shi xian le dui 1Txiang han liang de diao kong 。zhi bei de 1TCo-TMDs/CNTszhan xian chu you yi de dian cui hua xi qing xing neng 。ben lun wen zhu yao ke yi fen wei yi xia ji ge fang mian :（1）shou xian yi TMDszhong de xi hua wu （WSe2）zuo wei dai biao ,li yong shui re de fang fa ,dui ji jin hang Cocan za hou shua yong wai jing wei 10 nmzuo you de duo bi tan na mi guan （MWNTs）you dao ji bao fu sheng chang 。li yong SEM、yuan su mapping、TEM、XRD、UV、Raman、XPSdeng biao zheng shou duan yan jiu le Co-WSe2/MWNTsyi zhi jie gou de wei guan xing mao ji zu cheng 。jie guo biao ming ,tong guo dui er wei WSe2jin hang Cocan za ,na mi pian xing mao fa sheng bian hua ,che cun ming xian jian xiao ,zai MWNTsbiao mian xing cheng le lei shi “yu lin zhuang ”de wan qu bao guo 。zhe chong yuan wei sheng chang mo shi bu jin di gao le cai liao de bian yuan huo xing wei dian shu mu ,er ju you dao le WSe2jin shu 1Txiang de sheng cheng ,di gao le cai liao de dao dian xing 。jiang zhi bei de Co-WSe2/MWNTsyong yu dian cui hua xi qing fan ying ,zai suan xing tiao jian xia ,ji zhan xian chu le you yi de cui hua xing neng he wen ding xing ,guo dian shi jin wei 174 mV(dian liu mi du wei -10 mA cm-2),da fei er xie lv wei 37 mV dec-1。tong shi ,Co-WSe2/MWNTszai jian xing tiao jian xia ye biao xian chu le you yi de cui hua huo xing 。（2）wei le jin yi bu tan tao ying li you dao xiang bian de chan sheng ji zhi ,bing dui WSe2jin shu 1Txiang de han liang jin hang ge li diao kong ,wo men kuo da le zuo wei ji de de CNTsde che cun fan wei ,jiang MWNTskuo zhan dao le qu lv geng da de chan bi tan na mi guan （SWNTs,2 nm）yi ji qu lv xiang dui jiao xiao de tan na mi qian wei （CNFs,150nm）shang 。tong shi dui bi yan jiu le CNTshe Cocan za suo xing cheng de ji xie ying li he jie mian hua xue xie tong zuo yong dui WSe2zai CNTsshang de bao fu suo chan sheng de ying xiang 。hou xu tong guo SEM、TEM、XRD、PL、UV、Raman、XPSdeng biao zheng shou duan dui cai liao de wei guan jie gou he gou cheng jin hang fen xi 。jie guo biao ming ,Cocan za zai yuan wei bao guo zhong qi dao le hen da de zuo yong ,jie zhu Coyuan su yu tan ji de jie mian jian jiang de Co-Cjian jie ge neng ,er wei na mi pian lao lao bao guo zai san chong tan ji de biao mian 。xiang bi jiao chuan tong zhi bei jin shu xiang de fang fa ,yong ying li fa zhi bei de Co-WSe2/CNTsbiao xian chu liang hao de re li xue wen ding xing 。tong guo ji suan ,zai san chong CNTsyou dao sheng cheng de yi zhi jie gou 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论文参考文献
论文详细介绍
论文作者分别是来自郑州大学的张帼媛，发表于刊物郑州大学2019-07-03论文，是一篇关于二维过渡金属硫族化合物论文,相转变论文,碳纳米管论文,应力论文,掺杂论文,电催化析氢论文,郑州大学2019-07-03论文的文章。本文可供学术参考使用，各位学者可以免费参考阅读下载，文章观点不代表本站观点，资料来自郑州大学2019-07-03论文网站，若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权，请联系我们删除。
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