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兩步溶劑熱合成法制備出1T-MoS2 可去除水中重金屬

2020.10.10

　　中國科學院合肥物質科學研究院固體物理研究所納米材料與器件技術研究部環境與能源納米材料中心研究人員采用兩步溶劑熱合成法，制備出高穩定性的1T相MoS2材料（1T-MoS2），其1T相在空氣中的穩定可長達一年，在水環境中也能維持穩定的寬間距結構，保證離子快速傳輸，展現出高效的Cr（VI）去除能力。相關研究成果以Ethanol introduced synthesis of ultrastable 1T-MoS2 for removal of Cr（VI）為題，發表在Journal of Hazardous Materials上。

　　MoS2金屬性的1T相結構由于其富硫特性、獨特的各向異性、具有用于離子傳輸和吸附的可滲透通道及去除水中重金屬離子的性能等優點，而引起學界關注。然而，其高形成能導致較難直接合成高純度的1T相MoS2。此外，已有研究發現，MoS2在吸附后不穩定，1T相會完全轉變為2H相或寬間距結構塌陷，導致其循環耐久性下降。目前，高純度1T相MoS2的主要制備方法是氣相沉積法，批量應用于水處理方面還較困難。因此，為提高重金屬去除能力，亟需合成高純度1T相MoS2，并確保其層間結構在吸附過程中穩定、不發生塌縮。

　　為此，科研人員在一步水熱反應得到混合相MoS2的基礎上，利用乙醇進行相調制，合成具有寬層間距結構和豐富硫空位的1T-MoS2。研究表明，該1T-MoS2中1T相的百分比含量接近100％，且在暴露的空氣中能保持360天穩定。在乙醇誘導的溶劑熱反應過程中，MoS2原位形成的硫空位對促進2H相向1T相的轉化具有重要意義。結合分子動力學模擬，揭示乙醇與MoS2表面間存在強相互作用，降低MoS2納米片的總能量，從而增強1T-MoS2的穩定性。進一步研究發現，1T-MoS2納米片顯示出優異的Cr（VI）吸附能力（pH=6時為200.3mg·g-1），是混合相MoS2的兩倍以上，并可在吸附循環過程中維持穩定的相結構。

　　該研究對批量制備1T相MoS2及應用MoS2基新型吸附劑具有重要意義。研究工作得到科技部國家重大研發專項和國家自然科學基金委基金項目的支持。