用生态方法创造多功能MoS2纳米复合材料

发表在《材料化学》上的一篇研究文章表明，可使用水作为溶剂对MoS2纳米复合材料进行可控分离，该生态方法对工业光电应用非常有利。二硫化钼（MoS2）和石墨烯一样，一直是科学家们研究最深入的材料之一。

MoS₂是一个新的半导体2H-金属1T相过渡金属二氯化物（TMDCs）家族，具有片状的夹层结构。合成具有最小数量的六角形原子层的顶级TMDCs，对于基础研究和广泛的可能应用都具有极大的兴趣和意义。

它被广泛用于场效应晶体管的应用，并在光伏工业、化学传感工业和谷电子工业框架中得到广泛的应用。研究人员最近一直致力于开发有效的方法来制造大面积均匀的MoS₂纳米薄膜，因为它们具有出色的电气和光学能力。

将MoS₂晶体结构剥离成纳米结构片是产生高性能光电子器件所需的优异光学迁移率的关键步骤。通过离子沉积的化学剥离、水热法、化学气相沉积前驱体、微机械脱粘和液相剥离是一些应用于MoS₂纳米片的物理化学合成技术。

化学剥离过程改变了结晶相，破坏了制造的MoS₂纳米复合材料的导电特性，并严重影响其光电特性。化学气相沉积法、水热法和纳米压裂法都是高度消耗资源的漫长过程，不适合在商业规模上生产单层的MoS₂纳米片。

使用有机溶剂的LPE是大规模生产商业规模的二维纳米结构的一种简单方法。只有少数解决方案证明在剥离和分散多层纳米片方面是有效的，如二甲基亚砜。然而，由于其高沸点，这些溶剂是危险的，不适合长期发展生态友好的方法。

由于它们的提取过程具有挑战性，因此迫切需要一种可持续的、可靠的、高效的、环保的方法，在水介质中成功地进行分散剂辅助的LPE，使片材迅速分层并促进MoS₂的分散。

水是一种环境安全和生物兼容的溶剂，但由于其高度的亲水性，不能有效地帮助二维纳米材料的磨蚀。在近期的一项研究中，研究人员试图使用两步LPE技术，建立一种新的策略，用双功能胞嘧啶末端覆盖的超分子Cy-PPG在水中有计划地分离MoS₂纳米片。

在水中，动态光散射（DLS）表明，Cy-PPG具有单态分布，平均流体力学尺寸为87.16±1.64纳米，多分散指数为0.29，表明Cy-PPG可以自发地自我组装成具有明显纳米结构的形式。E-MoS₂的粉末状晶体几乎完全从溶液中沉淀出来，其Cy-PG含量低于50%。

当E-MoS₂溶液的Cy-PG浓度超过65%时，随着Cy-PG水平的增加，超声处理后E-MoS₂的沉淀稳步减少。Cy-PPG含量超过65%的E-MoS₂水溶液允许E-MoS₂和Cy-PPG间发生更多同步反应。

此外，E-MoS₂水溶液的透光率从次日的42%逐渐上升到45天后的86%，表明E-MoS₂具有随着时间推移形成大聚集体的巨大潜力。与E-MoS₂溶液相比，所有具有不同Cy-PPG浓度（65-90%）的E MoS2/Cy-PPG溶液显示出更大的MoS₂分散可靠性，且45天后光穿透率仅有小幅上升。

当Cy-PG浓度上升时，E-MoS₂纳米片的平均厚度从5nm减少到2nm。旋涂E-MoS₂薄膜在水中初步剥离MoS₂后，其电导率为50.1±2.3 S/cm，远远大于纯MoS₂的电导率。在随后的研磨后，旋涂单层薄膜的电导率高达127±3.2S/cm。

总的来说，这种新设计的、生态的方法的可控剥离技术为生产MoS₂纳米复合材料提供了一种简单且成功的方法。

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