1T相二硫化钼的制备及应用研究

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二硫化钼作为一种类石墨烯材料,由于其独特的结构和性质,受到了极大的关注,目前广泛应用于储能、传感、光电等领域。1T相二硫化钼(1T-MoS2)拥有比2H相二硫化钼(2H-MoS2)更好的导电性和亲水性,使其在电化学储能、气/湿敏传感等方面拥有更大潜力。本论文通过水热法合成1T-MoS2及其复合材料,并将其应用于湿敏传感器和超级电容器。主要研究工作及结果如下:(1)以四水合钼酸铵为钼源,硫脲为硫源,在180℃、12 h、钼硫摩尔比为1:5的条件下,水热法制备了1T-MoS2。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射谱(XRD)对其形貌、结构进行了表征;通过拉曼(Raman)光谱、X射线光电子能谱(XPS)对其1T相进行了表征;通过水接触角测试对其亲水性进行了表征;结果表明,1T-MoS2的含量在83%左右;1T-MoS2的亲水性优于2H-MoS2。(2)采用1T-MoS2作为感湿材料,制备了以Teslin纸基为柔性衬底的湿敏传感器。对其湿敏特性进行了测试,结果表明,该湿敏传感器为电阻型、湿度量程宽(11%RH-95%RH)、且具有较快的响应-恢复速度、器件稳定性好。结合其在高中低三个湿度梯度下的交流阻抗图谱对其感湿机理进行分析。(3)为提高1T-MoS2的电化学性能,将其与碳布(Carbon Cloth,CC)进行复合。采用三因素三水平正交试验,以比电容值作为评价指标,系统探究了温度、反应时间、钼硫摩尔比对水热合成MoS2/CC复合材料电容性能的影响,结果表明,优化的反应条件为:180℃、12 h、1:5。在优化反应条件下,通过一步水热法成功制备了1T-MoS2/CC复合材料。并通过SEM、XRD、Raman光谱对其形貌及结构进行了表征。通过对Raman光谱特征峰的分析,确认了复合材料中MoS2的晶相为1T相。SEM测试结果显示,优化反应条件下,1T-MoS2均匀生长于碳布表面,且无堆叠现象。将1T-MoS2/CC应用于超级电容器电极,测试了其电化学性能。在1 A/g电流密度下,其质量比电容可以达到386.4 F/g,经过1000次循环,其电容保持率为75.1%。测试了其在不同电流密度(1 A/g、2 A/g、3 A/g、5 A/g、8 A/g)下的倍率特性,GCD曲线的形状仍为三角形,基本没有改变,表明其储能机制仍为双电层电容。
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