垂直二维层状过渡金属硫属化合物的制备与应用研究

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1、中图分类号：TB321单位代码：11414学号：2014393001Synthesisandthephotovoltaicapplicationof题目verticallyinclinedtwodimensionalmetaldichalognidethinfilms学科专业ChemicalEngineeringandTechnology研究方向Newmaterialandcatalystengineering博士生InfantRajStephenraj(英凡)指导教师ProfessorYongfengLi二○

2、一七年五月SynthesisandthephotovoltaicapplicationofverticallyinclinedtwodimensionalmetaldichalognidethinfilmsDissertationsubmittedtoChinaUniversityofPetroleum,BeijinginpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofDoctorofEngineeringByInfantRajStephentraj（Chemi

3、calEngineeringandTechnology）DissertationSupervisorProf.LiYongfengMay,2017摘要摘要二维层状过渡金属硫属化合物纳米片（TMD），是近年来发现的一种新型低维结构材料，层间通过范德华作用力而相互连接。由于层间各向异性的性质，TMD一般呈现出薄膜、纳米片、纳米管或者类富勒烯形状结构。丰富活性边缘位点的暴露使垂直状的TMD材料拥有很高的催化性能。然而，如何有效合成垂直状TMD材料是目前的一大挑战。本文通过化学气相沉积法（CVD）在FTO导电基底上一步

4、法合成垂直状MoS2。研究发现，该方法制备得到的垂直状MoS2拥有丰富的边缘活性位点，电化学测试表征发现，此材料对于I-3能够起到很好的催化作用。更重要的是，这种特殊的垂直状结构拥有较高的反射性能，有利于入射光的吸收，从而增大电池的电流密度。当将其作为对电极材料应用于染料敏化太阳能电池（DSSCs）时，取得了7.5%的能量转换效率，优于Pt对电极的7.28%。为了进一步增加MoS2基DSSCs的光伏性能，本文利用CVD法，在还原氧化石墨烯（rGO）表面生长垂直状MoS2材料。冷冻干燥过程的处理使rGO呈现出多孔

5、的结构，从而促进电解液的扩散。协同利用石墨烯结构的高导电性和垂直状MoS2的高催化活性，当将其作为对电极材料时，相应的DSSCs取得了7.78%的能量转换效率，高于单独MoS2基的效率。最后，本文通过改进的电弧放电法合成出了垂直TaS2纳米片，该方法合成简单，反应时间短。研究发现，该方法制备得到的TaS2晶型度高，质量好，片层厚度大约40nm且呈现出3R结构类型。重点研究了不同反应时间对TaS2材料形貌结构的影响，揭示了其生长机理。该方法为TMD材料的合成提供了新的途径。关键词：二硫化钼；石墨烯；二硫化钽；CV

6、D；电弧放电-II-ABSTRACTSynthesisandthephotovoltaicapplicationofverticallyinclinedtwodimensionalmetaldichalognidethinfilmsABSTRACTThelayeredtwodimensionalmetaldichalognides(TMD)arestackedtogetherbyweakvanderwaalinteraction.DuetotheanisotropicnatureoftheTMDmaterial

7、s,theyformasmooththinfilms,nanopalates,nanotubesorfullerenelikestructure.TheverticallyinclinedTMDmaterialsexhibitsahighercatalyticpropertyduetotheexposedactiveedgesites.Howeversynthesizingthosetypeofmaterialisquiteachallengingone.Thisthesisreportsasinglestep

8、,lesstimeconsumingandeasyfabricationforMoS2,MoS2/rGOandTaS2throughchemicalvapordeposition(CVD)andarcdischargeprocess.TheMoS2synthesizedthroughCVDwasusedascounterelectrode(CE)indyesensitizedcells