硫化鋅ZnS超薄納米片的溫和制備

隨著一些超薄二維材料（如：MoS₂, MoSe₂等）在機(jī)械催化有機(jī)污染物降解方面的應(yīng)用，使得環(huán)境機(jī)械催化效率達(dá)到了一個(gè)新的高度。這類新型超薄二維壓電材料不僅能夠打破體相結(jié)構(gòu)具有的中心對(duì)稱性，表現(xiàn)出壓電特性；同時(shí)，由于具有易形變，大的機(jī)械能捕獲截面，充足且**的催化活性位等特點(diǎn)，所以表現(xiàn)出**的機(jī)械催化有機(jī)污染物降解性能，也被認(rèn)為是一類潛力的機(jī)械催化材料。

近日，課題組，采用一種溫和的光催化氧化剝離法成功制備得到了纖鋅礦型ZnS納米片，厚度約為2 nm，所得ZnS納米片表現(xiàn)出**的壓電特性。由于超薄ZnS納米片具有易形變性，大的表面載流子遷移通量以及充足的催化反應(yīng)活性位，使其本征載流子利用效率高。所以，超薄ZnS納米片表現(xiàn)出**的機(jī)械催化裂解純水制氫性能，其析氫速率為1.08μmol·h^-1·mg^-1，同時(shí)伴隨O₂，H₂O₂和·OH氧化產(chǎn)物的生成。

**纖鋅礦型結(jié)構(gòu)的ZnS，不僅環(huán)境友好且生物相容性好，同時(shí)具有優(yōu)良的壓電性質(zhì)和半導(dǎo)特性。更值得關(guān)注地是：纖鋅礦型結(jié)構(gòu)的ZnS壓電特性不會(huì)因?yàn)閷訑?shù)差異而消失。其次，ZnS具有寬的帶隙（3.6-3.8 eV），并且其導(dǎo)價(jià)帶電勢(shì)大小足夠引發(fā)純水的氧化還原反應(yīng)而產(chǎn)氫；再者，ZnS本身具有較低的析氫過(guò)電勢(shì)使得其機(jī)械催化純水分解產(chǎn)氫成為可能；此外，超薄結(jié)構(gòu)大的表面載流子遷移通量以及充足的催化反應(yīng)活性位，又能保證其本征載流子**利用。正是基于這些特點(diǎn)，本文選用ZnS超薄納米片被選為研究對(duì)象，并首次將其應(yīng)用于機(jī)械催化裂解純水制氫。

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.

圖1為合成的ZnS(en)_0.5 (A) 和 ZnS (B)的XRD圖譜，由圖可知，通過(guò)光催化氧化剝離法可能獲得纖鋅礦型ZnS。圖2A顯示所合成ZnS(en)_0.5 為納米片狀，厚度約為50 nm。圖2B, C和D顯示，所制ZnS為納米薄片狀。圖E和F進(jìn)一步闡明了單個(gè)薄片主要沿著[1 0 15] 和 [0 1 0] 方向生長(zhǎng)，并為六方相結(jié)構(gòu)。ZnS的AFM圖（圖3）揭示超薄ZnS厚度約2 nm，厚度方向與a軸方向一致。

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).

作者接下來(lái)通過(guò)PFM表征，揭示了ZnS納米片表現(xiàn)出**的壓電響應(yīng)特性，其壓電系數(shù)約為18 pC/N（圖4）。同時(shí)，理論模擬結(jié)果（圖5）進(jìn)一步驗(yàn)證了ZnS納米片的壓電性質(zhì)，并揭示了ZnS超薄納米片在拉伸和壓縮作用下，壓電電場(chǎng)分布和輸出的壓電電勢(shì)大小。

Figure 6. (A) Kubelka–Munk plots of ZnS.(B) The schematic energy band structure of ZnS.

相關(guān)產(chǎn)品：

多肽修飾的硫化銅（CuS-RGD）

硫化銅量子點(diǎn)摻雜的ZnO納米粒子(CuS@ZnO)

葡聚糖修飾硫化銅納米片

殼聚糖修飾硫化銅納米片

半乳糖修飾硫化銅納米片

甘露糖修飾硫化銅納米片

聚乙二醇(PEG)修飾硫化銅納米片 (CuS-PEG)納米片

聚多巴胺修飾的硫化銅納米片(PDA@CuS)

氨基聚乙二醇包裹硫化銅納米材料CuS-PEG-NH2

羧基聚乙二醇包裹硫化銅納米材料CuS-PEG-COOH

巰基聚乙二醇修飾硫化銅納米材料CuS-PEG-SH

生物素聚乙二醇包裹硫化銅納米材料CuS-PEG-Biotin

葉酸聚乙二醇包裹硫化銅納米顆粒CuS-PEG-FA

馬來(lái)酰亞胺聚乙二醇包裹硫化銅納米材料CuS-PEG-MAL

Cy5-PEG標(biāo)記的CuS硫化銅納米片

FITC-PEG修飾CuS硫化銅納米片

RGD-PEG多肽修飾CuS硫化銅納米片

脂質(zhì)體包裹硫化銅量子點(diǎn)liposome-CuS

硫化銅納米片/硫化銅納米粒子

介孔二氧化硅包裹硫化銅納米顆粒

硫化銅納米片負(fù)載二硫化鉬

二維硫化銅納米片負(fù)載納米銀復(fù)合材料

CuS-QDs硫化銅量子點(diǎn)晶體結(jié)構(gòu)量子點(diǎn)

g-C3N4/CuS復(fù)合材料

CuS修飾的石墨相氮化碳(g-C3N4/CuS)

氮摻雜石墨烯(NG)-CuS復(fù)合材料

多功能稀土@CuS納米復(fù)合材料

AIE功能化介孔氧化硅/CuS納米復(fù)合材料

ZnS/CuS復(fù)合材料

石墨烯-納米硫化銅復(fù)合材料

氧化釕-硫化銅復(fù)合材料

CuS和Ag摻雜CuS復(fù)合材料

摻氮石墨烯修飾下四硫化七銅/硫化銅復(fù)合材料

還原氧化石墨烯-硫化銅納米復(fù)合材料

CuS-TiO2復(fù)合材料