渤海大学鄂涛MTCHEM：采用MMT为模板，构建MoS2活性基面以选择性去除Pb2+

【图形摘要】【研究背景】

二硫化钼（MoS₂）是一种应用广泛的环境修复材料，由于其比表面积大、力学性能优良、S基团丰富、热稳定性好，可作为石墨烯基吸附材料的替代材料。同时，根据软硬酸碱理论，S^2-对Pb²⁺具有选择吸附性。通常MoS₂的活性中心主要集中在边缘位点和S空位。然而，自然界中存在的MoS₂是2H相，相对稳定，不易形成活性位点。因此，2H相MoS₂在吸附领域中的实际应用受到严重阻碍。相反，由于电荷转移电阻降低，层间距离增大，1T相MoS₂表现出更强的化学活性。但1T相MoS₂结构不稳定且自然环境中几乎不存在。因此，制备1T/2H混晶相MoS₂维持结构稳定性、增加活性位点和赋予材料选择吸附性具有重要意义。

【文章简介】

近日，渤海大学化学与材料工程学院程颖硕士研究生为第一作者，杨姝宜副教授和鄂涛教授为通讯作者的研究成果《1T/2H mixed phase MoS₂ in-situ grown on the surface of montmorillonite for selectively removing Pb²⁺》在国际著名期刊《Materials Today Chemistry》（中科院一区，IF=8.301）发表。本文以蒙脱土（MMT）为基体，通过一步水热法制备了结构稳定的花状1T/2H混合相MoS₂（D-MoS₂）。MoS₂纳米片多维生长方向导致其活性位点充分暴露，同时水热反应与NH₄⁺插入导致MoS₂中1T相所占比例上升，并可在MMT表面静电力的驱动下均匀分散。此外由于MMT提供大量-OH复合材料的疏水性得到改善。D-MoS₂/MMT（D-Mt）复合材料优异的吸附能力主要是通过生成1T相MoS₂引入更多的S缺陷，伴随着MMT层间和边缘进行吸附来提高的。这种原位生长在MMT表面的D-MoS₂制备策略为选择性去除水溶液中的Pb²⁺提供了一种新方法。

【本文要点】

要点一: D-MoS₂/MMT的形貌及合成机制

图1：

(a)和(b) D-Mt的SEM图;

(c)-(g) D-Mt的TEM图;

(h) D-Mt的EDS-mapping图;

(i) MMT的Zeta电位（插图为MMT（001）表面电荷密度）;

(j) TG和(k) DTA曲线;

(l) D-Mt合成过程示意图。

要点二：D-Mt中MMT的结构特点

图2：

(a) MMT的SEM图；

(b)和(c) D-MoS₂和D-Mt的接触角照片;

(d) D-MoS₂、MMT和D-Mt的红外光谱图；

(e) O 1s高分辨率XPS光谱；

(f) MMT与Pb²⁺之间的结合能;

(g)和(h) Pb²⁺和MMT（001）之间的PDOS图。

要点三：D-Mt中MoS₂的结构特点

图3：

(a)和(b) D-MoS₂的TEM图;

(c) D-Mt和Mt的拉曼光谱;

(d)和(e) s2p和Mo 3d的XPS光谱;

(f)和(g) MoS₂和Pb²⁺之间的结合能;

(h)和(i) Pb²⁺与MoS₂（002）之间的PDOS图。

要点四：单因素实验探究

图4：

D-Mt对Pb²⁺的去除率和吸附量随(a) pH、(b) 时间、(c) D-Mt投加量和(d) 初始浓度的变化关系;

(e) D-MoS₂、MMT和D-Mt随时间的变化对Pb²⁺的去除率;

(f)和(g) 共存金属离子对D-Mt吸附Pb²⁺的影响;

(h) D-Mt吸附Pb²⁺的循环使用寿命;

(i) 吸附正态图;

(j) Pb²⁺去除率标准化效应帕累托图:(A) pH, (B)时间, (C) D-Mt投加量, (D) Pb²⁺初始浓度;

(k) 影响Pb²⁺去除率的主要因素图;

(l) 影响Pb²⁺去除率的相互作用效应图。

要点五：吸附机理

图5：

D-Mt吸附Pb²⁺后:

(a) XPS总谱谱;

(b) EDS-mapping图;

(c) O 1s的XPS光谱;

(d) S 2p的XPS光谱;

(e) Pb 4f的XPS光谱;

(f) PDOS图。

图6:

Pb²⁺在D-Mt上吸附示意图。

【结论】

本研究通过引入1T相MoS₂活化其惰性基面以增加活性位点。MoS₂呈花状并在MMT表面静电力的驱动下实现原位生长。垂直排列的MoS₂纳米片有利于暴露活性边缘，缺陷结构使D-Mt具有较高的活性位点密度。吸附机理表明Pb²⁺可通过层间离子交换，边缘-OH和活性位点吸附途径被有效去除。

【作者简介】

第一作者：程颖

通讯作者：杨姝宜、鄂涛

通讯单位：渤海大学

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

通讯作者 鄂涛：博士，教授，渤海大学环境工程专业带头人，硕士研究生导师。辽宁省毛皮绿色制造产业技术创新战略联盟理事长，渤海大学环境研究院副院长，锦州市金属材料产业创新联盟专家委员，渤海大学环保产业技术研究所所长。研究兴趣：化工清洁生产工艺，土壤与水污染修复技术、低碳减碳工艺技术开发及钛基功能材料的制备工艺及应用。在ACS Appl Mater Interfaces，J Hazard Mater，Sep Purif Technol，J CLEAN PROD，Mater. Today Chem， J. Environ. Chem. Eng等国际著名期刊上以第一/通讯作者发表SCI收录论文24篇，主持24项科研项目，以第一发明人获得授权发明专利13项，单项专利转化额度超100万，近三年科技成果转化合同金额623万。

电子邮箱：etao@bhu.edu.cn

通讯作者 杨姝宜：渤海大学环境工程专业副教授，硕士生导师。研究兴趣：土壤修复技术和固体废物资源化。在J Hazard Mater，J CLEAN PROD，ACS Appl Mater Interfaces，Sep Purif Technol，Mater. Today Chem，J. Alloys Compd等国际著名期刊上以第一/通讯作者发表SCI收录论文15篇，担任《Journal of Alloys and Compounds》，《Journal of Cleaner Production》，《Journal of Polymers and the Environment》等SCI知名期刊审稿人。

电子邮箱：yangshuyi@bhu.edu.cn

第一作者 程颖：渤海大学化学工艺专业硕士研究生。研究兴趣：重金属土壤修复和水体中重金属的深度去除。目前在Mater. Today Chem，J. Environ. Chem. Eng，Inorg Chem. Commun期刊上发表SCI收录论文3篇，主持渤海大学研究生创新基金项目1项，授权发明专利1项。

电子邮箱：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：渤海大学：程颖