二硫化鎢的光催化作用

二硫化鎢（WS2）是一種具有可調帶隙的半導體，這使得WS2具有廣泛的光吸收範圍，因此，WS2被認為具有良好的光催化作用，用於有機污染物的光催化降解和水的分解產生氫。在有機污染物的光催化降解領域，WS2獲得了許多關注。WS2將光吸收區域擴展到長波方向，通過形態學調節，WS2可以實現近紅外光催化活性。

一般來說，高效率的半導體催化劑必須至少滿足以下三個條件。第一，催化劑必須具有合適的帶隙和帶位；第二，催化劑中的光生電子和空穴應有效分離並迅速轉移，以避免電子-空穴重組；第三，催化劑的表面應具有合適的反應位點，有利於化學反應的進行。

例如，Sang等人首次研究了WS2在近紅外照射下的光催化活性，發現WS2納米片擁有較高的近紅外光光催化活性。WS2納米片顯示出很強的紫外光和可見光的光催化活性，表明它是一種特殊的、有前途的寬太陽光譜光催化劑。此外，大的表面積有利於提高WS2的光催化作用。

（圖片來源：Ashraf et al./ Applied Nanoscience）

Ansari等人合成了多孔的WS2納米片。在可見光照射下，所製備的WS2（P-WS2）在降解羅丹明B（紅色螢光染料）（RhB）染料方面顯示出比商業塊狀WS2（C-WS2）和MOS2（C-MoS2）更高的光催化作用。但WS2的一個缺點是光生電荷載流子之間的強烈重組仍是一個挑戰。一個有效的分離策略被認為是採用由兩個不同的半導體相組成的光催化劑來形成一個異質結構，這可以導致電子和空穴從一個半導體向另一個半導體的向量轉移。

近來，Di Paola等人製備了多晶混合WO3/WS2系統，顯示出比WS2或WO3更高的有機污染物降解效率。此外，與碳的複合也是提高其電動運輸性能的一種有前途的方法。例如，Prabhakar Vattikuti等人合成了具有核殼納米結構的碳包覆剝落WS2納米片，表現出高的光催化活性。這種簡易的納米結構可以在碳殼和剝落的WS2之間形成明顯的交聯異質結構，促進了光生電子和空穴對的分離。

此外，剝落的二硫化鎢上的高多孔碳殼促進了離子在電解質中的移動，並在充電和放電過程中通過充分的遮罩給予機械應變。EIS分析證實，WS2上的碳材料可以增加其電荷轉移和表面積。通過摻入其他元素，電子帶結構可以得到調整，從而改善對陽光的吸收。因此，與摻雜材料相結合也是一種可行的方法。Chen等人研究了氧化石墨烯/WS2/Mg摻雜的ZnO納米複合材料，顯示了突出的光催化性能，羅丹明B（RhB）的分解率在5分鐘內達到100%。

如前所述，WS2不適合作為光催化劑單獨應用于整體水分離。然而，WS2被廣泛報導為一種與其他半導體結合的光催化水分離的協同催化劑。例如，Mahler等人製備了一種TiO2-WS2納米複合材料，發現使用扭曲的1T-WS2納米結構比使用傳統的2H-WS2形式擁有更高的H2進化率。

在300W Xe光源的照射下，水和甲醇混合物中的TiO2分散體產生氫氣的速率為700 μmol·g−1·h−1。加入合成的1T-WS2納米片，該速率可以增加到2570 μmol·g−1·h−1，比原始TiO2高三倍多。相反，2H-WS2納米結構導致氫氣演化率下降到225 μmol·g−1·h−1，這是由於1T-WS2的活性位點比2H-WS2的活性位點暴露得多。

（圖片來源：Ashraf et al./ Applied Nanoscience）

最後，3R-WS2因其近乎絕緣的特性而成為研究最少的多晶體。Zong等人製備了一種用作光催化劑的WS2/CdS複合材料，通過應用二硫化鎢作為共催化劑，CdS在可見光照射下的H2演化率得到了明顯的改善。在最佳負載（420μmol-g-1-h-1）下，WS2/CdS上的H2演化率是單獨CdS上的28倍。

此外，Xiang等人研究了分層的CdS/WS2/石墨烯[C(WG)x]納米棒，探索出三元複合材料中分層WS2-石墨烯（WG）的最合適含量為4.2wt%[C(WG)4.2]，表現出可見光光催化H2產生率為1842μmol·g−1·h−1。因此，WS2納米材料在光催化的應用中具有潛在的前景。

文章來源：Sun, CB., Zhong, YW., Fu, WJ. et al. 二硫化鎢納米材料用於能源轉換和儲存。Tungsten 2，109-133（2020）。

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