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MoS2在光催化杀菌中的研究进展和展望 摘要：MoS2由于独特的理化性质作为光催化剂具有优良的催化活性，近年来，诸多学者将MoS2应用于光催化杀菌中，并取得良好的成果。本文对近年来MoS2在光催化杀菌中的研究进展进行了综述，并展望了其研究前景和方向。 关键词：硫化钼，光催化，水消毒 1.引言 每年有数以百万计的人因为饮用被细菌污染的水而生病甚至死亡，这种情况在发展中国家中更为普遍[1]。为了获得干净的饮用水，学者们开发了各种技术，其中光催化杀菌技术作为一项有前景的细菌灭活技术受到了社会各界的广泛关注。 光催化杀菌技术是利用源源不断的太阳光作为能量来源的，具备绿色环保可持续等优点。光催化技术是以半导体光催化剂为基础的，半导体光催化剂在光的照射下产生活性氧（ROS）来灭活细菌的。研究最为广泛的催化剂TiO2性质稳定，无毒，光催化效果好，然而，普通形态的TiO2的Eg=3.2 eV，只有在紫外线的照射下才具备光催化活性[2]。众所周知，紫外线只占太阳光谱中很小的一部分，于是为了更好地利用太阳能，将光谱响应范围扩展到可见光范围甚至近红外区域[3]，科学家开发出了众多的催化剂，例如g-C3N4[4],CdS[5],WO3[6]和MoS2[7]等。其中MoS2的带隙较小，光谱响应范围最广，在光催化产氢[8]，污染物降解[9]， CO2还原[10]，光催化杀菌[11]等方面取得了良好的效果。 作者对MoS2在光催化杀菌中的进展做综述，希望能够为开发出高效的MoS2基催化剂提供参考。 2.MoS2的理化性质 MoS2是典型的过渡金属硫族化合物（TMDs），具有可调节的禁带宽度，其禁带宽度根据尺寸大小在1.2-1.9 eV之间[12]，并且其厚度降低到单层或数层的超薄MoS2片时，其带隙会从间接带隙转变为直接带隙[13]。光响应范围可以覆盖到大部分可见光区域甚至到近红外区域。体相MoS2由单层MoS2通过范德华引力结合而成，单层的MoS2则是由两层硫原子 夹一层钼原子所构成的一种三明治结构。少层或单层的MoS2可以通过体相的MoS2在超声下自上而下剥离而得到[14]。 MoS2作为一种半导体光催化剂，其光生电子空穴容易复合，所以体相MoS2单独作为光催化剂时，其光催化活性不是很高。有趣的是，MoS2作为光催化剂的助催化剂与其他材料复合，可以显著提高光催化活性，甚至可以比拟Au，Pt等贵金属[15]。MoS2作为助催化剂时，可以提高光生电子空穴的分离效率，单层或数层的MoS2可以为光催化反应提供众多的反应活性位点。 3.MoS2在光催化杀菌的研究进展 MoS2的光催化杀菌研究始于Yi Cui等人，Yi Cui等人利用只有数层的MoS2纳米膜做催化剂，是体相MoS2光催化活性的15倍[11]。2017年Zisheng Zhang等人报道[16]，在可见光响应的催化剂Bi2WO6上负载了MoS2量子点，在一系列催化剂中，1%-MoS2-Bi2WO6符合催化剂实现了光催化性能的显著提升。机理研究表明，负载MoS2量子点的复合催化剂，相比于对可见光的吸收增强，光生电子-空穴的分离效率明显提高，于是光催化活性明显提高。具体而言，1%-MoS2-Bi2WO6复合催化剂在光照下只有6.7%的细菌存活，而Bi2WO6和MoS2在光照下分别有49.8%和75.0%的细菌存活。同时，该复合催化剂对于染料罗丹明B的降解也有明显提升。Thalappil Pradeep 等人[17]在2018年发现，采用电喷雾沉积，用Ag+轰击MoS2，Ag+会与MoS2反应生成Ag2S，在MoS2上形成3-5nm的孔，制造出了更多的Mo位点，具备更多的Mo缺陷。这些丰富的Mo位点有效地促进了光照下H2O2的产生，产生了更多的H2O2进而提高了对多种细菌的灭活效率。2019年，Hongwen Yu等人[18]合成了纳米花状的MoS2，并负载Ag2S/Ag，形成MoS2/Ag2S/Ag复合纳米材料，光催化降解刚果红的实验表明，MoS2/Ag2S/Ag复合材料的最高降解率达到了97.01%，比各个对照实验的效率显著提高不少。并且，MoS2/Ag2S/Ag复合纳米材料对盐酸四环素的降解效率也可以明显提高。同时，MoS2/Ag2S/Ag复合纳米材料也被用于对细菌的灭活。结果显示，MoS2/Ag2S/Ag复合纳米材料在可见光下可以实现对铜绿假单胞菌的完全灭活。Zonghong Lin等在2019年报道，将MoS2@CFs用于细菌灭活，在光照下具有可见光活性，可以在60分钟内杀灭99.999%的细菌，而在MoS2@CF上负载Au后形成Au-MoS2@CFs后，30分钟即可达到同样的效果。由于MoS2具有压电效应，在同时具有光照和外部机械力的情况下，15分钟即可达到同样的灭菌性能。光照和外部机械力在此