二硫化钨的光催化作用

二硫化钨（WS2）是一种具有可调带隙的半导体，这使得WS2具有广泛的光吸收范围，因此，WS2被认为具有良好的光催化作用，用于有机污染物的光催化降解和水的分解产生氢。在有机污染物的光催化降解领域，WS2获得了许多关注。WS2将光吸收区域扩展到长波方向，通过形态学调节，WS2可以实现近红外光催化活性。

一般来说，高效率的半导体催化剂必须至少满足以下三个条件。第一，催化剂必须具有合适的带隙和带位；第二，催化剂中的光生电子和空穴应有效分离并迅速转移，以避免电子-空穴重组；第三，催化剂的表面应具有合适的反应位点，有利于化学反应的进行。

例如，Sang等人首次研究了WS2在近红外照射下的光催化活性，发现WS2纳米片拥有较高的近红外光光催化活性。WS2纳米片显示出很强的紫外光和可见光的光催化活性，表明它是一种特殊的、有前途的宽太阳光谱光催化剂。此外，大的表面积有利于提高WS2的光催化作用。

（图片来源：Ashraf et al./ Applied Nanoscience）

Ansari等人合成了多孔的WS2纳米片。在可见光照射下，所制备的WS2（P-WS2）在降解罗丹明B（红色荧光染料）（RhB）染料方面显示出比商业块状WS2（C-WS2）和MOS2（C-MoS2）更高的光催化作用。但WS2的一个缺点是光生电荷载流子之间的强烈重组仍是一个挑战。一个有效的分离策略被认为是采用由两个不同的半导体相组成的光催化剂来形成一个异质结构，这可以导致电子和空穴从一个半导体向另一个半导体的矢量转移。

近来，Di Paola等人制备了多晶混合WO3/WS2系统，显示出比WS2或WO3更高的有机污染物降解效率。此外，与碳的复合也是提高其电动运输性能的一种有前途的方法。例如，Prabhakar Vattikuti等人合成了具有核壳纳米结构的碳包覆剥落WS2纳米片，表现出高的光催化活性。这种简易的纳米结构可以在碳壳和剥落的WS2之间形成明显的交联异质结构，促进了光生电子和空穴对的分离。

此外，剥落的二硫化钨上的高多孔碳壳促进了离子在电解质中的移动，并在充电和放电过程中通过充分的屏蔽给予机械应变。EIS分析证实，WS2上的碳材料可以增加其电荷转移和表面积。通过掺入其他元素，电子带结构可以得到调整，从而改善对阳光的吸收。因此，与掺杂材料相结合也是一种可行的方法。Chen等人研究了氧化石墨烯/WS2/Mg掺杂的ZnO纳米复合材料，显示了突出的光催化性能，罗丹明B（RhB）的分解率在5分钟内达到100%。

如前所述，WS2不适合作为光催化剂单独应用于整体水分离。然而，WS2被广泛报道为一种与其他半导体结合的光催化水分离的协同催化剂。例如，Mahler等人制备了一种TiO2-WS2纳米复合材料，发现使用扭曲的1T-WS2纳米结构比使用传统的2H-WS2形式拥有更高的H2进化率。

在300W Xe光源的照射下，水和甲醇混合物中的TiO2分散体产生氢气的速率为700 μmol·g−1·h−1。加入合成的1T-WS2纳米片，该速率可以增加到2570 μmol·g−1·h−1，比原始TiO2高三倍多。相反，2H-WS2纳米结构导致氢气演化率下降到225 μmol·g−1·h−1，这是由于1T-WS2的活性位点比2H-WS2的活性位点暴露得多。

（图片来源：Ashraf et al./ Applied Nanoscience）

最后，3R-WS2因其近乎绝缘的特性而成为研究最少的多晶体。Zong等人制备了一种用作光催化剂的WS2/CdS复合材料，通过应用二硫化钨作为共催化剂，CdS在可见光照射下的H2演化率得到了明显的改善。在最佳负载（420μmol-g-1-h-1）下，WS2/CdS上的H2演化率是单独CdS上的28倍。

此外，Xiang等人研究了分层的CdS/WS2/石墨烯[C(WG)x]纳米棒，探索出三元复合材料中分层WS2-石墨烯（WG）的最合适含量为4.2wt%[C(WG)4.2]，表现出可见光光催化H2产生率为1842μmol·g−1·h−1。因此，WS2纳米材料在光催化的应用中具有潜在的前景。

文章来源：Sun, CB., Zhong, YW., Fu, WJ. et al. 二硫化钨纳米材料用于能源转换和储存。Tungsten 2，109-133（2020）。

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