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二硒化钼基低维纳米结构：制备、调控与电催化性能的深度探究

一、引言

1.1研究背景与意义

随着全球人口的持续增长和工业化进程的飞速推进，能源的需求呈现出急剧上升的态势。然而，当前世界能源供应主要依赖于传统化石燃料，如煤炭、石油和天然气。这些化石燃料不仅储量有限，正面临着日益枯竭的严峻问题，而且在其开采和使用过程中，会释放出大量的有害物质，对环境造成严重的污染。例如，化石燃料的燃烧会产生大量的二氧化碳，这是导致全球气候变暖的主要温室气体之一。此外，燃烧过程中还会产生二氧化硫、氮氧化物等污染物，这些污染物会引发酸雨、雾霾等环境问题，对生态系统和人类健康造成极大的危害。据相关研究表明，近年来，全球因空气污染导致的呼吸道疾病、心血管疾病等发病率显著上升，这与化石燃料的大量使用密切相关。

面对能源危机和环境污染的双重挑战，开发清洁、可再生的新型能源已成为全球共识和当务之急。在众多的新型能源中，氢能以其清洁、可再生以及高能量密度等显著优势，成为了最具发展潜力的清洁能源之一。通过电催化析氢反应（HER）制备氢气，是实现氢能大规模应用的一种重要途径。该方法能够将电能转化为化学能储存在氢气中，具有高效、便捷等特点。而且，氢气在燃烧过程中只产生水，不会对环境造成任何污染，是一种真正意义上的清洁能源。因此，开发高效的电催化析氢材料，对于推动氢能的发展，实现能源的可持续利用，具有至关重要的意义。

在电催化析氢领域，二硒化钼基低维纳米结构由于其独特的物理化学性质，展现出了巨大的研究价值和应用潜力。二硒化钼（MoSe?）是一种过渡金属二硒化物，具有类似于石墨烯的层状结构。这种层状结构使得二硒化钼具有较高的电子迁移率和良好的导电性，为其在电催化领域的应用提供了有利条件。此外，二硒化钼的边缘位点具有较高的催化活性，能够有效地促进析氢反应的进行。通过对二硒化钼进行纳米结构化处理，制备成低维纳米结构，如纳米片、纳米线等，可以进一步增加其比表面积，提高活性位点的暴露程度，从而显著提升其电催化析氢性能。同时，低维纳米结构还具有量子尺寸效应和表面效应等特殊性质，这些性质能够对材料的电子结构和化学活性产生影响，为进一步调控材料的电催化性能提供了更多的可能性。

对二硒化钼基低维纳米结构的研究，不仅有助于深入理解电催化析氢反应的机理，还能为开发高性能的电催化剂提供理论基础和实验依据。通过优化材料的制备方法和调控其电子结构，可以实现对二硒化钼基低维纳米结构电催化性能的精准调控，从而开发出具有更高催化活性、更好稳定性和更低成本的电催化剂。这对于推动氢能产业的发展，解决能源危机和环境污染问题，具有重要的现实意义和战略价值。

1.2二硒化钼基低维纳米结构概述

二硒化钼（MoSe?）是一种由钼（Mo）和硒（Se）组成的化合物，属于过渡金属二硒化物（TMDs）家族。其分子量为253.86，CAS号为12058-18-3，外观呈灰黑色粉末状，有着较高的纯度，粒度尺寸通常在5-10毫米之间，密度达6.90g/cm3，熔点为1200°C，禁带宽度约1.4eV。这些物理化学性质赋予了二硒化钼在众多领域的应用潜力。

从晶体结构来看，二硒化钼具有与二硫化钼相似的典型层状结构。每一层由无数个六边形紧密排列组成，形成了稳定的二维平面。在晶胞参数方面，a和b的值都为0.329nm，c为1.289nm，α和β均为90°，γ为120°。这种独特的六边形层状结构使得二硒化钼具备了一些特殊的性质。层与层之间通过较弱的范德华力相互作用结合在一起，这使得层间相对容易发生滑动，赋予了二硒化钼良好的固体润滑性能，使其可用作固体润滑剂，在机械领域有着重要的应用。同时，这种层状结构也为电子的传输提供了一定的通道，使得二硒化钼具有一定的导电性和电子迁移率，在电子学领域展现出潜在的应用价值。

当二硒化钼被制备成低维纳米结构时，其性质和性能得到了进一步的优化和拓展。低维纳米结构是指在纳米尺度下，材料在一个、两个或三个维度上的尺寸处于纳米量级（1-100nm）的结构。由于尺寸的减小，二硒化钼基低维纳米结构产生了一系列与块体材料不同的特性，如量子尺寸效应、表面效应和小尺寸效应等。量子尺寸效应使得电子在纳米结构中的能级发生量子化，导致材料的电学、光学等性质发生显著变化；表面效应则使得纳米结构表面原子所占比例大幅增加，表面原子具有较高的活性，从而影响材料的化学活性和催化性能；小尺寸效应会导致材料的熔点、磁性、光学等性能发生改变。

常见的二硒化钼基低维纳米结构形态包括纳米片、纳米线等。纳米片是通过将二硒化钼的层状结构进行剥离或生长得到的，其厚度通常在几纳米到几十纳米之间，横向尺寸可以达到微米级别。由于纳米片具有较大的比表面积，能够充分暴露更多的活性位点，这对于电催化析氢反应等