二维过渡金属硫族化合物的形貌设计生长及其催化应用

This project intends to use chemical vapor deposition (CVD) method to synthesize two-dimensional (2D) transition metal dichalcogenides (TMDs) showing specific morphology and high catalytic performance by designing the growth parameters. Firstly, based on the study of the influencing factors of CVD growth, we will design the appropriate growth system and parameters for the TMDs growth, and then realize the controllable growth of 2D TMDs and 2D TMD alloys with unique morphology. Moreover, the obtained TMDs will serve as ideal electrocatalysts for hydrogen evolution reaction (HER) and exhibit excellent performance. Then we will build the relationship between the morphology/structure and catalytic property, further investigate the catalytic mechanism of our 2D TMDs in HER, for example, the source of the catalytic sites. Finally, we will explore the new way to obtain the 2D TMDs with enhanced catalytic performance.

该项目拟利用化学气相沉积的方法，通过对生长体系的设计实现高催化性能的特定形貌二维过渡金属硫族化合物及其合金的生长。首先，基于对化学气相沉积生长影响因素的研究，设计合适的生长体系和参数实现特殊形貌二维过渡金属硫族化合物的生长；然后，将合成的特定形貌二维过渡金属硫族化合物应用于电催化析氢反应。建立材料形貌/结构与其性能之间的构效关系，在此基础上研究特定形貌二维过渡金属硫族化合物在电催化析氢反应中的催化机制（催化活性位点的来源等）；最后，探索更多利用化学气相沉积方法生长高催化性能二维过渡金属硫族化合物的方法。

本项目着力于利用化学气相沉积系统开展新型二维过渡金属硫族化合物（TMDs）的设计生长、生长因素与机理、催化应用以及机制等关键问题的研究。首先，发展了一系列新型二维TMDs的可控制备技术。实现了面内/层间NbS2-WS2金半异质结构、三元MPX3 (FePS3）、二维磁性材料（Cr2S3、CrSe、MnS）以及MOX新体系等多种新结构、新材料的可控制备，并且揭示了影响生长的重要因素，实现有效的生长控制。结合了扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、拉曼（Raman）等对其精细原子结构以及电子结构进行了研究，揭示了材料结构对于性能的影响。此外，我们制备的结构在催化析氢反应中展现了优异的性能，进一步探索了其内在的催化机理。同时，合成的新材料还展现了非常新奇的物理特性以及电学性能。为进一步实现更多材料的合理设计、可控制备以及特定应用提供了实验依据。本项目三年的执行过程中发表SCI收录论文11篇。