南洋理工大学Nat. Chem. ：高纯相1T′-MoS2晶体相和1T′-MoSe2层状晶体相

【引言】

晶体相合成的无机材料具有理想的晶体结构，能够显著影响材料的物理化学性能。第四主族的过渡金属硫化物具有独特的性能。八面体的1 T相具有金属特性，三角棱柱状的2 H相具有典型的半导体性能。其中1 T相比2 H相具有更好的催化性能。因此，本文提供了一种简单的制备1T′-MoX₂晶体相的方法。其中1T′-MoS₂晶体相到2H-MoS₂的转变，通过退火和激光诱导被研究。研究发现1T′-MoS₂晶体具有更好的催化性能。

【成果简介】

近日，新加坡南洋理工大学的张华（通讯作者）等人，研究发现，相的准确控制对于无机材料的精准制备方法，具有重要意义。相的结构类型对于材料的导电性和化学稳定性具有重要意义。在第四主族的过渡金属硫化物中相的准确控制一直具有很高的挑战性，例如过渡金属Mo和W，硫族的S、Se和Te元素，他们除了良好的半导体性能，还具有较高的电催化性能。因此本文获得了一种大量制备微米尺寸层状的高纯1T′-MoX₂(X = S, Se)晶体相。本文中发现1T′-MoS₂晶体相具有扭曲的八面体结构，并且可以通过退火或者激光辐射转变成2H-MoS₂相。电化学测试显示，在酸性介质中，1T′-MoS₂基面比2H-MoS₂相具有更高的电催化产氢效率。相关成果以“High phase-purity 1T′-MoS₂- and 1T′-MoSe₂-layered crystals”为题发表在Nature Chemistry上。

【图文导读】

图1 MoS₂的晶体结构

（a）2H和1T′-MoS₂的结构示意图；

（b）1T′-MoS₂相的SEM图像；

（c）单层1T′-MoS₂相的STEM图像及其傅里叶变换图；

（d）2H和1T′-MoS₂晶体相的XRD图谱；

（e）2H和1T′-MoS₂晶体相的（002）峰的XRD图谱放大图。

图2 2H和1T′-MoS₂晶体相的结构特点

（a）1T′-MoS₂晶体相的TG-DSC曲线；

（b）1T′-MoS₂和2H-MoS₂晶体相中Mo 3d的XPS光谱；

（c）1T′-MoS₂和2H-MoS₂晶体相的拉曼光谱；

（d）1T′-MoS₂和2H-MoS₂晶体相的PL光谱。

图3激光诱导1T′-MoS₂向2H-MoS₂晶体相转变

（a）激光诱导之前，层状1T′-MoS₂相的振动模型的拉曼光谱；

（b）激光诱导之后，两白点线圈区域的层状1T′-MoS₂相的J₁振动模型的拉曼光谱；

（c）是（b）样品的激光诱导之前，层状1T′-MoS₂相的J₁振动模型的拉曼光谱；

（d）是（b）样品中绿色虚线区域的PL图谱（580-755nm）；

（e）是（c）中红色圈内的，激光诱导区域的拉曼光谱；

（f）是（d）中黑色线圈内，激光诱导区域的PL光谱。

图4不同相组成微电池的析氢测量方法

（a）EM-1，EM-2和EM-3型的 3种微电池的组装示意图；

（b）微电池上电催化产氢的测量方法示意图；

（c）微电池上电催化产氢的测量方法的光学图像；

（d）EM-1，EM-2和EM-3型微电池的极化曲线，插入图为EM-1型的光学照片；

（e）是（d）中，极化曲线中的Tafel点区域。

【小结】

本文报道了一种简单易行的方法，可以用来制备1T′-MoX₂（X=S，Se）晶体相。扭曲的八面体结构的1T′-MoX₂晶体相，通过STEM、XPS、XAFS和拉曼光谱确定。激光诱导和退火可以促使1T′-MoS₂晶体相转变成2H-MoS₂晶体相。本文采用3种电化学微电池，用来测量电催化产氢的方法。其中1T′-MoS₂相基体面，具有很好的电催化性能。在相对氢电压400 mV，电流密度为607 mA·cm^-2，开始过电压为65 mV，这是MoS₂相中最好的催化剂。相对于2H-MoS₂相，1T′-MoS₂相基体面和更好的电荷传输能力、优异的产氢性能和高的催化性能。本文发现一种新颖的、制备亚稳金属相TMDs，可以用来探索晶体相的性能和其在电化学装置和催化性能等的应用。

文献链接：High phase-purity 1T′-MoS2- and 1T′-MoSe2-layered crystals（Nature Chemistry, 2018, DOI: 10.1038/s41557-018-0035-6）。

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