【引言】
石墨烯，天津是大學單層從石墨材料中剝離出來、由碳原子組成的目標只有一層原子厚度的二維晶體，它的合成化析發現促使研究者們對于不同類型的單層材料進行研究。過渡金屬二硫化物（TMDCs）具有類似石墨的可用分層結構，其中的于催單層由兩個緊密堆積的硫族化物平面夾著過渡金屬層組合而成，因此也可以通過化學和物理方法剝離成單層。天津做為二維材料，大學單層單層TMDCs具有巨大的目標發展潛力，它具有可調節的合成化析電性能，可在絕緣體和半導體金屬間進行變化，可用這在晶體管、于催光電探測器、天津光電、大學單層二次電池及催化等多個領域都有重要的目標應用。

MoS₂具有單層結構，較大的平面內的電子遷移率（>200 cm^?2?V^?1 s^?1），顯著機械性能和光學性能；此外，它對析氫反應（HER）具有較高的催化活性，作為TMDCs中最具代表性的化合物已經得到廣泛的研究。天然的MoS₂通常為2H（六角）相，呈現出1.3-1.9 eV的可調能帶隙，具有半導體性質。而化學嵌鋰會誘導MoS₂發生從2H到1T（三角）的相變，使其又表明出金屬的性質。已有研究表明，單層MoS₂的2H和1T相可有效催化析氫。目前，用來制備單層不同相MoS₂的方法主要是以下三種：ⅰ）物理剝落—膠帶法（2H相）；ⅱ）化學輔助法—采用替代溶劑液相剝離（LPE），如N-甲基吡咯烷酮（NMP）（2H相），以及化學鋰嵌入/脫出剝離（1T相）；ⅲ）化學氣相沉積法（ CVD）（2H相）。

盡管生產單層MoS₂的方法多種多樣，但都仍存在兩個關鍵問題制約著其進一步的應用和發展：1）純水中單層MoS₂產率低；2）制備金屬1T相過程復雜。目前，化學鋰嵌入/脫出剝離仍是獲得具有高結晶度單層1T-相MoS₂的有效途徑。然而，復雜的制備過程已經金屬鋰使用所存在的高風險都促使研究者們不斷探索新的1T-相MoS₂的合成途徑。

【成果簡介】

天津大學葉金花（通訊作者）課題組通過控制不同煅燒溫度采用鋰熔融鹽可準確獲得不同相的MoS₂前驅體。隨后，鋰鹽水解，前驅體可快速地剝離成單層2H-或者1T-相MoS₂。這種方法不僅可提高高結晶度單層MoS2的產率，還可以選擇合成不同相的MoS₂，大大拓寬了MoS₂的應用范圍。研究人員還系統的研究了其電催化和光催化析氫反應時的活性。通過與不同的光受體相匹配，全面的評估了不同相MoS₂對反應活性的影響。

【圖文解讀】

圖一、在不同的煅燒溫度下

a）400°C到1100°C溫度范圍時，每次升溫100°C，(NH₄)₂MoS₄和LiOH反應所得產物的XRD圖。其中，圖的底部和頂部分別為2H-MoS₂和3R-MoS₂的標準衍射峰；每個成分的特征峰均標記為了不同的顏色。

b）水解剝離2H-和1T-MoS₂的示意圖。

圖二、在不同溫度下得到的單層2H-相MoS₂納米片MoS₂-400、MoS₂-500、MoS₂-600的尺寸、厚度和晶體結構的表征：

a、g、l）TEM圖像；

b、h、m）對應3D模式AFM圖像，圖像表明MoS₂-400中只存在單層分布；MoS₂-500和MoS₂-600中單層或數層的共存；

c、i、n）直徑分布圖，其中MoS₂-400平均直徑約25.1nm；MoS₂-500平均直徑約25.1nm；MoS₂-600平均直徑約24.2nm；

d、j、o）各樣品其中一層的TEM圖，d中插圖為所選區域的HRTEM圖；k、p）j、o中所選區域的HRTEM圖；

e、f）d中所選區域的FFT模型和原子分辨率圖。

圖三、1T-相MoS₂納米片的結構表征：

a）AFM圖（疊加在圖像上的曲線為沿虛線方向的高度曲線）；

b）TEM圖像；

c）b中MoS₂片的SAED圖；

d）與2H-相MoS₂-400（紅線）相比，1T-相MoS₂-1000懸浮液（藍線）的吸收光譜圖；

e、f）Mo 3d，S 2s和S 2p的高分辨率XPS光譜。

圖四、1T-和2H-相MoS2催化析氫反應：

a）1T-和2H-MoS₂與TiO₂（P25）相結合光催化析氫反應活性；

b）P25/1T-MoS₂超過7個循環后，H2的穩定性演變；

c）與電催化析氫相比，MoS₂膜在FTO基質上的線性掃描伏安（LSV）曲線（5 mV s?1）；

d）超電勢與電流密度曲線；

e）1T-（MoS₂-1000）和2H-MoS₂（MoS₂-400）與Cds相結合時光催化析氫反應活性；

f）2H-MoS₂的VB-XPS光譜。插圖為與0.5M硫酸鈉水溶液相應Mott–Schottky圖；

g）1T-MoS₂、2H-MoS₂、TiO₂和CdS與水氧化還原過電位相比時的能級圖。

【小結】

作者通過控制煅燒溫度將簡便有效的鋰熔融鹽法引入用以合成一系列MoS₂前驅體，這些前驅體可以高產率地準確剝離出單層2H-和1T-相MoS₂。其中，溫度升高到1000℃時達到臨界點，將獲得一個新的LiMoS₂的相，通過鋰嵌入發生從2H到1T相轉變。本文所給出的半導體2H-和金屬1T-相單層MoS₂均表現出良好的穩定性。相較于2H-TMDCs液相剝離法以及鋰插入/脫出 1T-TMDCs萃取剝離法，此方法更有效、方便和安全，有望用于其他TMDCs的合成，如合成不同相的WS2。此外，在太陽能作用下，MoS₂基光催化劑具有較高的催化析氫活性，上述工作對于設計和制備相應的MoS₂基光催化劑具有顯著的影響。

葉金花簡介：
天津大學-日本國家物質材料研究機構聯合研究中心主任，國際學術雜志編輯及審稿專家。主要研究方向是新型高效半導體光催化材料的開發以及在太陽能轉換和環境凈化方面的應用。

文獻鏈接：Targeted Synthesis of 2H- and 1T-Phase MoS2 Monolayers?for Catalytic Hydrogen Evolution
（Adv. Mater. 2016, DOI: 10.1002/adma.201603765）

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