张淑惠 王梦岑 张伊晗

摘要：二硫化钼MoS2纳米材料作为一种过渡金属硫化物，类似于二维层状结构的石墨烯，由于具有比表面积大、抗光腐蚀性强、边缘结构丰富、化学稳定性良好和可调禁带宽度等优异的物化性质和广阔的应用前景而成为新型光催化材料的研究热点之一。文章简单论述了近年来MoS2纳米材料主要制备方法，重点介绍了与其他半导体材料形成光催化复合体系在光催化的研究进展，最后，展望了MoS，在光催化领域的研究与应用前景。

关鍵词：MoS2；纳米材料；光催化；复合材料

低成本的太阳能，如对太阳能低温热的利用是一种高效利用太阳能的重要手段。现如今，光催化反应是解决能源危机和环境污染问题的一个有效途径，我国也将此列为解决环境问题的重点。

1 光催化概述

光催化即光能够激发半导体中的电子，光生电子是由电子从价带激发到导带而产生，随即价带中产生对应的光生空穴，电子和空穴分别扩散到半导体表面，在表面与不同的反应对象进行反应。MoS1的光催化机理如图1所示。

光生电子具有还原性，空穴具有氧化性，这两种可以分别应用在不同的领域。作为一种类石墨烯六方密堆积层状结构材料，界面硫原子共价键有一个，Mo原子具有小的磁矩，可以取正值也可以取负值，MOS，形成以硫层和钼层相交替的类似“三明治”夹层结构，此外，纳米MoS，的层状结构的禁带宽度约在1.80 eV，在可见光下具有光催化活性，同时因为纳米结构的MoS，有一个较大的比表面积，能增强它的催化活性，所以是一种光催化剂。

2 纳米MoS，的制备方法

纳米MoS，的制备方法有许多种，按制备的状态分为固相法、液相法、气相法，固相法对设备要求较高，方法不灵活，产物的形貌不易控制，本研究主要介绍液相法和气相法，其中液相法最为常用方法。液相法主要包括水热合成法，模板法，超声合成法，电化学合成法，溶胶一凝胶法等。迄今为止，人们己采用这些方法制备出了不同形貌的MoS，纳米材料，如纳米片、纳米球、纳米花状球、纳米线、纳米棒、空心球等。

2.1 液相法

2.1.1 模板法

模板法是利用MoS2的结构导向性与空间限域性，有效地调制了材料的结构、形貌、尺寸和排列等。模板法是一种重要的方法来制备纳米结构，其具有能够精确控制纳米材料的结构，形貌和尺寸等优点，并且具有广泛的应用前景。Sun等采用的是Masuda的二次阳极氧化法，在低温条件下，制得直径均为100 nm的MoS2纳米材料。通常情况下，通过在良性水介质中在吲哚存在下剥离，一锅易流水热反应合成的二硫化钼（MoS2）的纳米片形态就变成了稳定的分散体。这些剥离的纳米片然后作为主体来模板化吲哚的受控聚合等，形成的物质更有利于光催化的应用。另外，Wu等为了有效地利用可见光，用光电化学（Photo ElectroChemistry， PEC）检测出独特的检测信号和激发源的不同能量形式。通过简单的C3N4牺牲模板辅助热解方法成功制备了窄带隙超薄MoS，纳米片。模板法通常就是最后通过改变孔径参数来实现改变纳米管的尺寸和分布问题，也是一种常用的方法之一。

2.1.2 水热合成法

水热合成法是在高温高压下，能溶解难溶物质，或者生成溶解产物，由于温差在高温釜内的明显差距，最终获得一种反应时间和条件较为简单的晶相结构。水热合成法具有操作简单、产物晶型好、形貌可控等优点，是合成纳米材料常用的一种方法。

陈小亚等利用水热合成的方法，采用两种不同的原料配比，分别在相对较低的反应温度和较短的反应时间里合成MoS，材料，较大地简化了反应条件，并获得了一定的晶相结构。在水热条件下，用硫代乙酰胺和钼酸钠和L-白氨酸的生物分子的添加剂，最终合成了花状MoS2。Lin等认为MoS2纳米棒的水热合成是通过加入硅钨酸作为添加剂，用水热法成功合成的，最终发现硅钨酸的加入在我们的实验中形成棒状MoS，的过程中起着至关重要的作用。

水热法可以通过控制反应条件和反应物的组成来合成不同形貌的纳米MoS2，但是，其制得的纳米MoS2结晶度较低。

2.2 气相法

气相法指的是化学气相沉积法（Chemical VaporousDepositon，CVD），以钼单质或钼的氧化物（MOS3）作为原料，在高温下，进行硫化来制备纳米MoS，，硫化的硫源通常有硫单质和硫化氢气体。这些可以制备大面积、结晶程度很好的纳米材料，反应气氛主要有3种：H2S/H2中，MOS3+2H2S+H2=MoS2+3H2O2一种是在单质硫蒸气中，2MoS2+7/8S8=2MoS2+3SO2，另一种在H2S/惰性气体中MOS3+3H2S=MoS2+3 H2O+1/8S8，气相法制备MoS，也是比较常见的一种合成方法。

Cheng等研究得出MoO3预沉积的化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition，CVD）法应用于4英寸的晶圆上并合成单晶单层的MoS2_角形。在CVD生长之前，通过在衬底上定期沉积MoO3颗粒，可以大大改善MoS2的晶片级均匀性。微观和光谱表征结果表明，生长的MoS2在空间分布和晶体结构上都高度均匀。MoO3预沉积的作用不仅能有效地控制MoS，的成核密度，而且能克服MoO3源的扩散不良等缺点。MoS2纳米薄片的制备是通过在超声辅助下，将MoS2粉末剥离，并采用化学气相沉积法为模板合成石墨烯泡沫。

CVD法是一种能有效制备纳米二硫化钼的途径，此方法不仅简单反应迅速，而且对环境污染较小，能减少有毒气体硫化氢的污染，但是此方法的缺点是反应条件艰难，并且反应的气体流速和反应物的表面形态，都能影响到产物的产率等。

3 纳米MoS，的复合体系在光催化的应用

MoS2独特的三明治结构引起了人们的关注，人们在制备MoS2的过程中，为了提高它的光催化性能，越来越多的人在制备过程中发现了比单个MoS，催化性能更高的复合型物质。理论上最小带隙在光催化材料上约为1.23 eV，相应的理论H2转化率可达到47%。

光催化水解生产氢气是一种能使可再生的太阳能氢气发电的一种重要手段，现如今受到研究人员的广泛关注。尽管付出了巨大的努力，但目前材科学面临的巨大挑战是开发高活性光催化剂，以低成本分解水。在这里，我们报告了几种新型的复合材料使光催化性能更加显著，析氢效率更高。Long等制备的MoS2/Bi2S3_维花状杂化纳米结构，使得其在可见光照射下表现出吸附促进的光催化作用。

4 结语

随着科研工作者不断地研究，MoS，作为与石墨烯结构类似的材料，近些年来得到了人们极大的关注。其中，大部分工作还停留在MoS，纳米材料制备的方法与表征阶段。另外，在MoS，纳米粒子及MoS，所形成的复合物体系的研究上，研究者热衷于光催化性质的改善上。另一方面，我国作为世界上主要Mo生产国之一，针对纳米MoS，的制备与性质的研究，更有利于我国在世界资源市场上占据有利地位，充分发挥地缘优势，实现对资源的多样化利用，刺激本国经济增长。在未来很长一段时间里，这将是我国光催化领域科研工作者研究的热点。