液相剥离法制备少层硒化锡纳米片及其催化性能

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硒化锡(SnSe)是一种常见的层状半导体材料,具有可调的带隙,高光敏性和快速光响应等特性。这些独特的性质得它在场效应晶体管、光电催化剂、太阳能电池、光伏材料等领域中表现出了广泛的应用前景。然而,由于缺乏大规模制备Sn Se纳米片的方法,阻碍了该纳米材料的开发与利用。在现有的制备方法中,液相剥离法就是一种适合大规模生产二维纳米片的可行方法之一。但是从目前来说Sn Se纳米片的液相剥离存在剥离产率较低和剥离溶剂大部分有毒的问题。因此开发高效、绿色制备Sn Se纳米片的剥离方法成为了亟需解决的关键问题。本文开发了有机盐-二甲亚砜、氨基酸水溶液和多酚水溶液三种剥离体系,并将这些体系来用于Sn Se纳米片的液相剥离,获得了高产率的少层Sn Se纳米片,主要研究内容如下:1.在二甲亚砜中加入不同的插层剂(柠檬酸钠、酒石酸钠和草酸钠)液相超声剥离制备Sn Se纳米片,剥离产率可以高达28.3%。与纯DMSO相比,插层剂的加入明显提高了DMSO中Sn Se纳米片的剥离产率。通过对纳米片的TEM,SEM、XRD和AFM等一系列的表征,发现制得的Sn Se纳米片的层数主要分布在1-5层。机理研究表明有机盐进入到Sn Se的层间中,导致层间距变大,促进了Sn Se的剥离,提高了剥离效率。将制备的Sn Se纳米片作为光催化剂对有机染料(亚甲基蓝、罗丹明)进行光降解。结果表明,与块体Sn Se相比,Sn Se纳米片对有机染料的光降解率大大提升。经过5次循环使用后,仍具有较高的催化活性。2.在8种氨基酸水溶液中对块体Sn Se进行液相超声剥离,成功得到了Sn Se纳米片,剥离产率高达19.4%。Sn Se纳米片的剥离产率与氨基酸的亲疏水性和链长度有着密切的关系。通过对Sn Se纳米片的表征发现,Sn Se纳米片的层数主要为2-8层。在此基础上,将制备的Sn Se纳米片作为电催化剂用于电解水制氢反应中。实验结果表明,Sn Se纳米片具有较高的催化活性、良好的耐久性和较高的稳定性。这归结于Sn Se纳米片表面暴露出更多的活性位点和较大的比表面积。3.开发了4种绿色的多酚水溶液(单宁酸、没食子酸、表儿茶酚、绿原酸等),并将其用于Sn Se纳米片的液相剥离,剥离产率高达26.4%。通过对多酚水溶液中Sn Se的剥离机理研究发现,多酚水溶液中剥离Sn Se的效率与多酚中的邻苯三酚和邻苯二酚基团的数目有关。通过对剥离制备的Sn Se纳米片的表征,发现所制备的Sn Se纳米片保留了完整的晶体结构,并且80%的Sn Se纳米片的厚度在4 nm以下。通过光催化分解水实验评价了Sn Se纳米片的光催化性能,结果表明制备的Sn Se纳米片比块状Sn Se做催化剂时,产氢速率提高了2.3倍,具有较高的催化活性。
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