渤海大學鄂濤MTCHEM：采用MMT為模板，構建MoS2活性基面以選擇性去除Pb2+

【圖形摘要】【研究背景】

二硫化鉬（MoS₂）是一種應用廣泛的環境修復材料，由于其比表面積大、力學性能優良、S基團豐富、熱穩定性好，可作為石墨烯基吸附材料的替代材料。同時，根據軟硬酸堿理論，S^2-對Pb²⁺具有選擇吸附性。通常MoS₂的活性中心主要集中在邊緣位點和S空位。然而，自然界中存在的MoS₂是2H相，相對穩定，不易形成活性位點。因此，2H相MoS₂在吸附領域中的實際應用受到嚴重阻礙。相反，由于電荷轉移電阻降低，層間距離增大，1T相MoS₂表現出更強的化學活性。但1T相MoS₂結構不穩定且自然環境中幾乎不存在。因此，制備1T/2H混晶相MoS₂維持結構穩定性、增加活性位點和賦予材料選擇吸附性具有重要意義。

【文章簡介】

近日，渤海大學化學與材料工程學院程穎碩士研究生為第一作者，楊姝宜副教授和鄂濤教授為通訊作者的研究成果《1T/2H mixed phase MoS₂?in-situ grown on the surface of montmorillonite for selectively removing Pb²⁺》在國際著名期刊《Materials Today Chemistry》（中科院一區，IF=8.301）發表。本文以蒙脫土（MMT）為基體，通過一步水熱法制備了結構穩定的花狀1T/2H混合相MoS₂（D-MoS₂）。MoS₂納米片多維生長方向導致其活性位點充分暴露，同時水熱反應與NH₄⁺插入導致MoS₂中1T相所占比例上升，并可在MMT表面靜電力的驅動下均勻分散。此外由于MMT提供大量-OH復合材料的疏水性得到改善。D-MoS₂/MMT（D-Mt）復合材料優異的吸附能力主要是通過生成1T相MoS₂引入更多的S缺陷，伴隨著MMT層間和邊緣進行吸附來提高的。這種原位生長在MMT表面的D-MoS₂制備策略為選擇性去除水溶液中的Pb²⁺提供了一種新方法。

【本文要點】

要點一: D-MoS₂/MMT的形貌及合成機制

圖1：

(a)和(b) D-Mt的SEM圖;

(c)-(g) D-Mt的TEM圖;

(h) D-Mt的EDS-mapping圖;

(i)?MMT的Zeta電位（插圖為MMT（001）表面電荷密度）;

(j) TG和(k) DTA曲線;

(l) D-Mt合成過程示意圖。

要點二：D-Mt中MMT的結構特點

圖2：

(a) MMT的SEM圖；

(b)和(c) D-MoS₂和D-Mt的接觸角照片;

(d) D-MoS₂、MMT和D-Mt的紅外光譜圖；

(e) O 1s高分辨率XPS光譜；

(f) MMT與Pb²⁺之間的結合能;

(g)和(h) Pb²⁺和MMT（001）之間的PDOS圖。

要點三：D-Mt中MoS₂的結構特點

圖3：

(a)和(b)?D-MoS₂的TEM圖;

(c) D-Mt和Mt的拉曼光譜;

(d)和(e) s2p和Mo 3d的XPS光譜;

(f)和(g) MoS₂和Pb²⁺之間的結合能;

(h)和(i) Pb²⁺與MoS₂（002）之間的PDOS圖。

要點四：單因素實驗探究

圖4：

D-Mt對Pb²⁺的去除率和吸附量隨(a) pH、(b)?時間、(c) D-Mt投加量和(d)?初始濃度的變化關系;

(e) D-MoS₂、MMT和D-Mt隨時間的變化對Pb²⁺的去除率;

(f)和(g)?共存金屬離子對D-Mt吸附Pb²⁺的影響;

(h) D-Mt吸附Pb²⁺的循環使用壽命;

(i)?吸附正態圖;

(j) Pb²⁺去除率標準化效應帕累托圖:(A) pH,?(B)時間, (C) D-Mt投加量, (D) Pb²⁺初始濃度;

(k) 影響Pb²⁺去除率的主要因素圖;

(l) 影響Pb²⁺去除率的相互作用效應圖。

要點五：吸附機理

圖5：

D-Mt吸附Pb²⁺后:

(a) XPS總譜譜;

(b) EDS-mapping圖;

(c) O 1s的XPS光譜;

(d) S 2p的XPS光譜;

(e) Pb 4f的XPS光譜;

(f) PDOS圖。

圖6:

Pb²⁺在D-Mt上吸附示意圖。

【結論】

本研究通過引入1T相MoS₂活化其惰性基面以增加活性位點。MoS₂呈花狀并在MMT表面靜電力的驅動下實現原位生長。垂直排列的MoS₂納米片有利于暴露活性邊緣，缺陷結構使D-Mt具有較高的活性位點密度。吸附機理表明Pb²⁺可通過層間離子交換，邊緣-OH和活性位點吸附途徑被有效去除。

【作者簡介】

第一作者：程穎

通訊作者：楊姝宜、鄂濤

通訊單位：渤海大學

DOI：https://doi.org/10.1016/j.mtchem.2022.100858

通訊作者 鄂濤：博士，教授，渤海大學環境工程專業帶頭人，碩士研究生導師。遼寧省毛皮綠色制造產業技術創新戰略聯盟理事長，渤海大學環境研究院副院長，錦州市金屬材料產業創新聯盟專家委員，渤海大學環保產業技術研究所所長。研究興趣：化工清潔生產工藝，土壤與水污染修復技術、低碳減碳工藝技術開發及鈦基功能材料的制備工藝及應用。在ACS Appl Mater Interfaces，J?Hazard Mater，Sep Purif Technol，J CLEAN PROD，Mater. Today Chem， J. Environ. Chem. Eng等國際著名期刊上以第一/通訊作者發表SCI收錄論文24篇，主持24項科研項目，以第一發明人獲得授權發明專利13項，單項專利轉化額度超100萬，近三年科技成果轉化合同金額623萬。

電子郵箱：etao@bhu.edu.cn

通訊作者 楊姝宜：渤海大學環境工程專業副教授，碩士生導師。研究興趣：土壤修復技術和固體廢物資源化。在J?Hazard Mater，J CLEAN PROD，ACS Appl Mater Interfaces，Sep Purif Technol，Mater. Today Chem，J. Alloys Compd等國際著名期刊上以第一/通訊作者發表SCI收錄論文15篇，擔任《Journal of Alloys and Compounds》，《Journal of Cleaner Production》，《Journal of Polymers and the Environment》等SCI知名期刊審稿人。

電子郵箱：yangshuyi@bhu.edu.cn

第一作者?程穎：渤海大學化學工藝專業碩士研究生。研究興趣：重金屬土壤修復和水體中重金屬的深度去除。目前在Mater. Today Chem，J. Environ. Chem. Eng，Inorg Chem. Commun期刊上發表SCI收錄論文3篇，主持渤海大學研究生創新基金項目1項，授權發明專利1項。

電子郵箱：15566531301@163.com

【文章信息】

Y. Cheng, S. Yang, T. E, L. Liu, D. Wang, J. Qian, 1T/2H mixed phase MoS₂?in-situ grown on the surface of montmorillonite for selectively removing Pb²⁺. Materials Today Chemistry?2022, 24?100858.?https://doi.org/10.1016/j.mtchem.2022.100858

供稿人：渤海大學：程穎