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硫化锌ZnS超薄纳米片的温和制备

发布时间：2020-10-14 作者：zhn 分享到：

硫化锌ZnS超薄纳米片的温和制备

随着一些超薄二维材料（如：MoS₂, MoSe₂等）在机械催化有机污染物降解方面的应用，使得环境机械催化效率达到了一个新的高度。这类新型超薄二维压电材料不仅能够打破体相结构具有的中心对称性，表现出压电特性；同时，由于具有易形变，大的机械能捕获截面，充足且**的催化活性位等特点，所以表现出**的机械催化有机污染物降解性能，也被认为是一类潜力的机械催化材料。

近日，课题组，采用一种温和的光催化氧化剥离法成功制备得到了纤锌矿型ZnS纳米片，厚度约为2 nm，所得ZnS纳米片表现出**的压电特性。由于超薄ZnS纳米片具有易形变性，大的表面载流子迁移通量以及充足的催化反应活性位，使其本征载流子利用效率高。所以，超薄ZnS纳米片表现出**的机械催化裂解纯水制氢性能，其析氢速率为1.08μmol·h^-1·mg^-1，同时伴随O₂，H₂O₂和·OH氧化产物的生成。

**纤锌矿型结构的ZnS，不仅环境友好且生物相容性好，同时具有优良的压电性质和半导特性。更值得关注地是：纤锌矿型结构的ZnS压电特性不会因为层数差异而消失。其次，ZnS具有宽的带隙（3.6-3.8 eV），并且其导价带电势大小足够引发纯水的氧化还原反应而产氢；再者，ZnS本身具有较低的析氢过电势使得其机械催化纯水分解产氢成为可能；此外，超薄结构大的表面载流子迁移通量以及充足的催化反应活性位，又能保证其本征载流子**利用。正是基于这些特点，本文选用ZnS超薄纳米片被选为研究对象，并首次将其应用于机械催化裂解纯水制氢。

Figure 1. XRD patterns of as-synthesized ZnS(en)_0.5(A) and ZnS (B).

Figure 2. Typical SEM imagesof as-prepared ZnS(en)_0.5(A) and ZnS (B, C) samples. TEM image (D)and HRTEM image (E) of ZnS. (F) SAED pattern of ZnS nanosheet.

Figure 3. (A)Typical AFM images of ZnS NSsand (B) the corresponding thickness curve determined along the different linesin AFM image. (C) The atomic structure of ZnS in side view. (D) The proposedstructure of the as-obtained ZnS nanosheet.

图1为合成的ZnS(en)_0.5 (A) 和 ZnS (B)的XRD图谱，由图可知，通过光催化氧化剥离法可能获得纤锌矿型ZnS。图2A显示所合成ZnS(en)_0.5 为纳米片状，厚度约为50 nm。图2B, C和D显示，所制ZnS为纳米薄片状。图E和F进一步阐明了单个薄片主要沿着[1 0 15] 和 [0 1 0] 方向生长，并为六方相结构。ZnS的AFM图（图3）揭示超薄ZnS厚度约2 nm，厚度方向与a轴方向一致。

Figure 4. Piezoelectric properties ofas-synthesized ultrathin ZnS NSs. (A) Morphology image. (B) PFM amplitudemapping. (C) PFM resonance peaks under differen

Figure 5. COMSOL simulations performed on ultrathin ZnS under a sonicationpressure of 0.5 MPa, and the corresponding surface piezoelectric potentialdistribution generated when the tensile force is applied on ultrathin ZnS NSsalong c-axis (A), and the compressive force is applied on ultrathin ZnS NSs along c-axis (B).

作者接下来通过PFM表征，揭示了ZnS纳米片表现出**的压电响应特性，其压电系数约为18 pC/N（图4）。同时，理论模拟结果（图5）进一步验证了ZnS纳米片的压电性质，并揭示了ZnS超薄纳米片在拉伸和压缩作用下，压电电场分布和输出的压电电势大小。