呂 昊，張 陽，王 駿，譚小耀，2

（1. 天津工業(yè)大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 省部共建分離膜與膜過程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300387；2. 天津工業(yè)大學(xué) 化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院，天津 300387）

在全球能源危機(jī)和環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重的背景下，壓電催化僅通過機(jī)械能就能驅(qū)動(dòng)產(chǎn)氫和降解污染物等化學(xué)反應(yīng)，是一種綠色環(huán)保的新興催化技術(shù)，有望在未來緩解能源短缺和環(huán)境污染等問題［1］。壓電效應(yīng)是指受到外部應(yīng)力施加的作用時(shí)，內(nèi)部存在極化場(chǎng)的壓電材料晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生形變，表面電荷分離并產(chǎn)生壓電電勢(shì)，導(dǎo)致壓電材料內(nèi)部產(chǎn)生了內(nèi)建電場(chǎng)的物理現(xiàn)象［2-3］。外力作用下產(chǎn)生的壓電電勢(shì)促進(jìn)了自由載流子的分離，加速了化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)程，這種使機(jī)械能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的現(xiàn)象稱為壓電催化［2，4］。壓電催化的驅(qū)動(dòng)力來源于外部機(jī)械能，例如超聲空化、物理彎曲、渦旋誘導(dǎo)剪切力等［5］。

相比于ZnO、BaTiO3等常見的三維壓電材料，二維層狀納米材料更容易分離得到具有非中心對(duì)稱性的超薄層狀母晶、更容易發(fā)生形變并可承受巨大的應(yīng)變（＞10%），是一種較為理想的壓電材料［4，6］。二硫化鉬具有非中心對(duì)稱的結(jié)構(gòu)特征以及1.8 eV的直接帶隙，其壓電性能與形貌晶型和表面結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，并且通過與其他納米材料復(fù)合可進(jìn)一步提高壓電活性［7-9］。

本文概述了二硫化鉬的壓電原理和性能評(píng)價(jià)方法，針對(duì)壓電性能與形貌晶型、表面調(diào)控以及組裝復(fù)合結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系進(jìn)行了總結(jié)，重點(diǎn)論述了二硫化鉬壓電催化反應(yīng)在能源生產(chǎn)和水體凈化中的應(yīng)用，并對(duì)該領(lǐng)域未來的研究方向提出了展望。

1 二硫化鉬的壓電原理

單層的二硫化鉬是由S—Mo—S堆積組成的“三明治結(jié)構(gòu)”，厚度僅為0.62 nm。單分子層二硫化鉬中存在較強(qiáng)的Mo—S共價(jià)鍵，相鄰的平面通過弱范德華作用堆疊在一起［10-11］。單分子層二硫化鉬的每個(gè)晶胞由兩個(gè)S組成，在六方晶格中占據(jù)相同位置，Mo位于相反位置，破壞了x、y平面的反轉(zhuǎn)對(duì)稱性［10］。當(dāng)未受外界應(yīng)力時(shí)，二硫化鉬內(nèi)正負(fù)電荷的中心重合，內(nèi)部偶極子為零［12］。當(dāng)施加拉伸應(yīng)變時(shí)，Mo—2S偶極子被拉伸，晶胞被拉長(zhǎng)，產(chǎn)生從S到Mo（扶手椅方向）的自發(fā)極化，感應(yīng)電場(chǎng)沿-x軸方向；當(dāng)施加壓縮應(yīng)變時(shí)，產(chǎn)生的極化場(chǎng)相反［10］。多個(gè)偶極矩的變化疊加在一起，產(chǎn)生了一個(gè)與外力方向平行的極化電場(chǎng)［13］。極化電場(chǎng)是單向電荷分離的有效驅(qū)動(dòng)力，可以將二硫化鉬中的相反電性的自由電荷分離到材料兩側(cè)，促進(jìn)自由電子和空穴生成并參與氧化還原反應(yīng)［4，13-14］。

二硫化鉬的壓電性能與對(duì)稱性和形變程度有關(guān)，破壞材料的對(duì)稱性或增大材料的形變程度（可承受應(yīng)變范圍）均可提高壓電活性。常見的二硫化鉬等二維材料應(yīng)變的表征方法有數(shù)學(xué)模型法和光譜技術(shù)法。數(shù)學(xué)模型法是通過物理推導(dǎo)和數(shù)學(xué)計(jì)算而得到應(yīng)變大小的表征方法［9，15］；拉曼光譜和光致發(fā)光光譜等光譜技術(shù)法依據(jù)二硫化鉬在機(jī)械應(yīng)變下振動(dòng)模式和能帶結(jié)構(gòu)的變化表征其應(yīng)變［16-18］。二硫化鉬的壓電系數(shù)反映了從機(jī)械能到電能的轉(zhuǎn)換速率，可通過第一性原理、密度泛函理論等方法進(jìn)行計(jì)算，一般數(shù)值越高所對(duì)應(yīng)材料的壓電性能越好［2］。在壓電反應(yīng)過程中，二硫化鉬產(chǎn)生的壓電電勢(shì)是決定壓電催化效果的核心因素，與壓電材料的壓電性能和半導(dǎo)體性質(zhì)有關(guān)。二硫化鉬壓電性能的表征方法主要分為兩種：通過施加應(yīng)變測(cè)量電學(xué)信號(hào)和通過施加電場(chǎng)檢測(cè)應(yīng)變信號(hào)［9-10，15］。此外，還可通過超聲、攪拌和曝氣等方式輔助壓電催化，定量測(cè)定二硫化鉬產(chǎn)氫或降解污染物的效果，間接反映二硫化鉬的壓電性能［19-20］。

2 二硫化鉬的結(jié)構(gòu)調(diào)控

納米結(jié)構(gòu)的二硫化鉬可以通過水熱法、溶劑熱法、化學(xué)氣相沉積法、球磨法和機(jī)械剝離法等多種方法制備，不同的制備方法和條件使得二硫化鉬結(jié)構(gòu)各異，進(jìn)而影響壓電性能［21-26］。本文從形貌晶型、表面調(diào)控和組裝復(fù)合三個(gè)角度闡述二硫化鉬材料的壓電性能與結(jié)構(gòu)之間的構(gòu)-效關(guān)系。

2.1 形貌晶型

不同形貌的二硫化鉬具有不同的對(duì)稱性、形變程度和邊緣活性位點(diǎn)數(shù)量，壓電響應(yīng)差異較大。ZHU等［10］通過機(jī)械剝離法合成了不同層數(shù)的二硫化鉬納米片，其中單層薄膜狀納米片的壓電系數(shù)為2.9×10-10C/m。研究表明，減小二硫化鉬的體積和厚度可以增大機(jī)械位移，提高壓電電勢(shì)。二硫化鉬的邊緣活性位點(diǎn)處具有較高的壓電電位。WU等［27-28］通過水熱法制備了由大量單層和少層納米片組成的二硫化鉬納米花材料，通過增加褶皺和波紋結(jié)構(gòu)的方式暴露更多的邊緣活性位點(diǎn)，在納米片邊緣位置產(chǎn)生了顯著的壓電響應(yīng)。目前關(guān)于二硫化鉬的形貌對(duì)壓電性能的影響探究尚處于起步階段，值得深入研究。

二硫化鉬的壓電性能還與晶型（堆疊方法）和層數(shù)相關(guān)［29-30］。在自然界中，整塊的二硫化鉬通常以2H和3R的晶型結(jié)構(gòu)存在，兩者具有相同的單層結(jié)構(gòu)，但堆疊方式不同［6］。堆疊方式為AB-AB的二硫化鉬（2H-MoS2）交替層的極化方向相反，使得壓電活性隨原子層數(shù)呈現(xiàn)奇偶性變化，且隨層數(shù)的增加逐漸減?。?，9］。中心對(duì)稱的偶數(shù)層或大塊狀的二硫化鉬不具有壓電性，這與其反轉(zhuǎn)對(duì)稱性結(jié)構(gòu)有關(guān)［9］。堆疊方式為ABC-ABC的二硫化鉬（3R-MoS2）的排布方式破壞了偶數(shù)層的中心對(duì)稱性。DAN等［6］通過分子動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算了不同層數(shù)下二硫化鉬的壓電系數(shù)，研究發(fā)現(xiàn)在4、5和6層結(jié)構(gòu)下的3R-MoS2的壓電系數(shù)高于其單層結(jié)構(gòu)，當(dāng)原子層數(shù)為5時(shí)，壓電系數(shù)最大，比單層二硫化鉬高出約13%。相比于2H-MoS2，兩層及以上的3R-MoS2具有菱面體對(duì)稱性，在堆疊方向上S—Mo—S單元的重復(fù)長(zhǎng)度更長(zhǎng)，隨單元長(zhǎng)度的增加，壓電系數(shù)先減小后增大。

2.2 表面調(diào)控

外源元素的摻雜可以增強(qiáng)極化現(xiàn)象，破壞反轉(zhuǎn)對(duì)稱性，增強(qiáng)二硫化鉬的壓電效應(yīng)。LAN等［31］使用浸漬煅燒法將Fe固定在二硫化鉬納米片上，制備了Fe-MoS2。拉曼光譜表征結(jié)果顯示，F(xiàn)e-MoS2的A1g峰和E12g峰都發(fā)生了1 cm-1的位移，說明摻雜后的材料具有更多的應(yīng)變位點(diǎn)。Fe-MoS2具有更明顯的蝴蝶曲線和電滯回線，說明Fe摻雜增強(qiáng)了極化現(xiàn)象。Co摻雜也可以提高材料的極化現(xiàn)象。YEIN等［32］以Co（OAc）2·4H2O等為前驅(qū)體，通過一鍋水熱法制備了Co摻雜二硫化鉬納米片。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Co在納米片中均勻分散，通過調(diào)控Co（OAc）2·4H2O的含量可以防止團(tuán)聚現(xiàn)象，獲得薄層形貌。Mo和Co之間的電負(fù)性差產(chǎn)生了一個(gè)強(qiáng)有力的極化，極化增強(qiáng)可以導(dǎo)致壓電電勢(shì)強(qiáng)度增加，當(dāng)局部極化增強(qiáng)的方向與偶極子極化方向相同時(shí)，會(huì)產(chǎn)生更高的壓電響應(yīng)。

相較于金屬元素?fù)诫s，二硫化鉬的非金屬元素?fù)诫s具有隨機(jī)性，容易破壞反轉(zhuǎn)對(duì)稱性。若摻雜的非均相元素體積較大，會(huì)擴(kuò)大層間間距，從而破壞單層和相鄰層間的對(duì)稱性，打破壓電性能對(duì)層數(shù)的依賴。通過控制反應(yīng)溫度，LEI等［22］制備了不同層數(shù)的氧摻雜二硫化鉬，相鄰兩個(gè)單分子層間距為0.62～0.95 nm，擴(kuò)大了層間間距，其中氧取代S位點(diǎn)或以MoOx基團(tuán)的形式存在。壓電力顯微鏡觀察顯示，氧摻雜二硫化鉬的壓電系數(shù)高于純二硫化鉬，且偶數(shù)層氧摻雜二硫化鉬也具有壓電響應(yīng)。

除元素?fù)诫s外，還可以通過引入缺陷結(jié)構(gòu)提高二硫化鉬的壓電性能。通過調(diào)節(jié)Mo和S的質(zhì)量比、改變反應(yīng)時(shí)間或采取酸催化腐蝕等方法可以制備富含缺陷的二硫化鉬，這不僅有利于形成薄層結(jié)構(gòu)還可以增大形變程度［12，33-34］。MA等［12］通過調(diào)節(jié)Mo和S的質(zhì)量比制備了富含缺陷的二硫化鉬納米片。拉曼光譜表征結(jié)果顯示，峰峰寬越大，強(qiáng)度越弱，材料中的缺陷結(jié)構(gòu)越多。研究表明，含缺陷二硫化鉬基面的孔隙或裂紋結(jié)構(gòu)增加，產(chǎn)生了新的邊緣活性位點(diǎn)，且含缺陷的二硫化鉬具有更多的奇數(shù)原子層，提高了壓電反應(yīng)效率。

2.3 組裝復(fù)合

二硫化鉬與金屬納米材料復(fù)合不僅可以形成金屬-半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)，擴(kuò)展半導(dǎo)體中空間電荷區(qū)域的寬度，增大壓電電荷，還可以形成肖特基勢(shì)壘，調(diào)節(jié)載流子運(yùn)輸方向并抑制電荷重組［35-36］。TU等［1］將Au納米顆粒封裝于二硫化鉬納米片內(nèi)，合成納米花狀的Au/MoS2異質(zhì)結(jié)壓電材料。在不同驅(qū)動(dòng)電壓（3，5，7 V）下，Au/MoS2的平均壓電電位比純二硫化鉬納米片高16%。除了引入Au納米顆粒，還可以在二硫化鉬納米片上沉積Pt和Fe納米顆粒以提高壓電催化活性，其中Pt和Fe作為電子接收器，可促進(jìn)電子從二硫化鉬轉(zhuǎn)移到金屬［4，37］。

將二硫化鉬與金屬氧化物復(fù)合也可以形成金屬-半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)，異質(zhì)結(jié)構(gòu)可以增大空間電荷區(qū)域的寬度，促進(jìn)壓電電荷的產(chǎn)生，同時(shí)產(chǎn)生壓電電場(chǎng)，調(diào)節(jié)電子和空穴遷移，有效解決異質(zhì)結(jié)處界面勢(shì)壘阻礙界面電荷轉(zhuǎn)移的問題，兩者的協(xié)同效應(yīng)可以提高壓電活性。同時(shí)，兩者的復(fù)合有利于與類芬頓和光催化技術(shù)聯(lián)用，發(fā)揮協(xié)同催化的優(yōu)勢(shì)。HU等［38］將二硫化鉬與Fe2O3復(fù)合制備MoS2/α-Fe2O3，在超聲輻射下使二硫化鉬表面產(chǎn)生壓電電勢(shì)，降低了MoS2/α-Fe2O3異質(zhì)結(jié)的界面勢(shì)壘高度，通過Fe—S鍵加速電子的轉(zhuǎn)移，Mo4+到Fe3+的電子轉(zhuǎn)移促進(jìn)了Fe3+/Fe2+的循環(huán)，構(gòu)建的MoS2/α-Fe2O3壓電-芬頓共催化體系的酸性橙降解效率較單組分二硫化鉬的酸性橙降解效率高。二硫化鉬還可以與TiO2、Ag2O構(gòu)建異質(zhì)結(jié)構(gòu)，復(fù)合后的二硫化鉬納米片在沿TiO2納米顆粒面處形成了更多高度暴露的邊緣位點(diǎn)，顯現(xiàn)出較低的電阻率；而Ag2O的窄帶隙特性可以實(shí)現(xiàn)全太陽光光催化與壓電效應(yīng)的協(xié)同降解［39-40］。

相比于金屬基材料，引入相對(duì)經(jīng)濟(jì)和穩(wěn)定的碳基材料可以防止材料團(tuán)聚，有利于機(jī)械形變，提高材料穩(wěn)定性，改善電導(dǎo)率，縮短帶隙寬度，促進(jìn)電子遷移等。PAN等［8］通過水熱法合成“三明治”狀的S、N共摻雜石墨烯-二硫化鉬復(fù)合材料（MoS2/SNG），石墨烯作為導(dǎo)電載體不僅減少了二硫化鉬納米片的堆積，還加速了電子轉(zhuǎn)移，使得MoS2/SNG具有急劇增強(qiáng)的電場(chǎng)（29.3 mV）。與常見的超聲輔助壓電催化不同，HUO等［24，41］通過球磨法制備了少量薄層的二硫化鉬-石墨二炔復(fù)合材料，并利用位于球磨機(jī)內(nèi)的氧化鋯珠高速旋轉(zhuǎn)提供的機(jī)械力使材料發(fā)生形變。研究表明，石墨二炔抑制了二硫化鉬晶體平面的堆疊，有效地縮短了帶隙寬度，促進(jìn)電子遷移。將二硫化鉬與碳納米管復(fù)合也可以達(dá)到相同的目的［42］。如何優(yōu)化碳材料和二硫化鉬復(fù)合體的結(jié)構(gòu)和壓電性能，并探討其在壓電催化反應(yīng)中的構(gòu)-效關(guān)系，值得進(jìn)一步研究。

3 二硫化鉬的壓電催化應(yīng)用

壓電效應(yīng)可以將環(huán)境中的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能并存儲(chǔ)于儲(chǔ)能器件中，近幾年被應(yīng)用于水解產(chǎn)氫和水體凈化中。二硫化鉬具有較好的形變能力和壓電響應(yīng)，在壓電納米發(fā)電機(jī)、氫氣生產(chǎn)、滅菌、回收重金屬和降解有機(jī)污染物等領(lǐng)域展示出良好的性能。

3.1 能源應(yīng)用

基于壓電效應(yīng)的自充電儲(chǔ)能器件可以收集環(huán)境中的機(jī)械能并將其轉(zhuǎn)換為電化學(xué)能存儲(chǔ)起來，這種綠色環(huán)保的儲(chǔ)能器件不僅可以解決傳統(tǒng)儲(chǔ)能器件容量限制的問題還可以緩解能源危機(jī)［43-44］。壓電型自充儲(chǔ)能器件通?？梢岳脡弘娂{米發(fā)電機(jī)（PNG）和太陽能電池等對(duì)儲(chǔ)能器件（超級(jí)電容器、電池等）進(jìn)行充電，其性能由壓電材料本身的壓電效應(yīng)決定［45］。相比其他半導(dǎo)體PNG和壓電陶瓷PNG，二硫化鉬PNG具有可承受高形變的能力［46-47］。WU等［48］將氧化纖維素和二硫化鉬復(fù)合構(gòu)建了壓電薄膜，該材料具有良好的力學(xué)性能，可以在2 min內(nèi)將10 μF的商用電容器充電至1.6 V?；趬弘?光電子效應(yīng)的太陽能電池的研究還停留在理論部分，未來還有可探究的空間［15，49］。

二硫化鉬還可通過壓電催化反應(yīng)生產(chǎn)清潔能源。氫氣作為一種可再生的清潔能源，可通過化石燃燒、光催化、電催化和壓電催化等方式制備［1，50-51］。壓電催化通過機(jī)械力驅(qū)動(dòng)析氫反應(yīng)，為氫能的規(guī)?；a(chǎn)和應(yīng)用提供了新的思路。在壓電催化析氫反應(yīng)過程中，二硫化鉬受外部機(jī)械力產(chǎn)生的壓電電場(chǎng)將電荷分離到材料的邊緣位置并促進(jìn)電子和空穴的產(chǎn)生，電子與吸附在邊緣活性位點(diǎn)的H+發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氣［19］。

壓電催化產(chǎn)氫速率受壓電材料的表面積影響較小，與超聲波的功率和頻率緊密相關(guān)，施加100%的超聲波功率時(shí)的產(chǎn)氫量比施加50%超聲波功率時(shí)的產(chǎn)氫量增加3倍［4，19］。增大活性位點(diǎn)數(shù)量和基面活性可以提高壓電電勢(shì)，從而促進(jìn)析氫反應(yīng)［19，52］。SU等［19］通過鹽酸酸化使二硫化鉬表面具有更多的邊緣活性位點(diǎn)，隨酸化程度增加，壓電產(chǎn)氫速率增大至70 μmol/（g·h）。鹽酸酸化可以改變二硫化鉬表面電性，有利于H+和電子參與并加速析氫反應(yīng)。1T晶型與3R晶型的二硫化鉬復(fù)合，其邊緣位置和上下表面具有壓電-撓曲電耦合效應(yīng)，有效提高了基面活性，壓電產(chǎn)氫速率高于3R-MoS2［30］。

二硫化鉬壓電體系還可以與等離子體共振或光催化技術(shù)聯(lián)用進(jìn)一步提高產(chǎn)氫效率［1，16，53］。TU等［1］研究表明，在光照和機(jī)械振動(dòng)條件下，Au/MoS2的產(chǎn)氫速率從2 981 μmol/（g·h）（只施加外力）增加到4 808 μmol/（g·h）。JIA等［54-55］合成了KNbO3/MoS2異質(zhì)結(jié)，兩個(gè)組分均可產(chǎn)生壓電電勢(shì)，且異質(zhì)結(jié)可以調(diào)控電子和空穴的轉(zhuǎn)移，壓電-光催化產(chǎn)氫速率為96 μmol/（g·h），約為僅發(fā)生光催化反應(yīng)時(shí)的2倍。

3.2 水體凈化應(yīng)用

水體環(huán)境的質(zhì)量與人類的健康息息相關(guān)，如何構(gòu)建綠色經(jīng)濟(jì)的水處理體系受到廣泛關(guān)注。相較于化學(xué)法、光催化和電催化等水處理體系，二硫化鉬可利用攪拌、超聲和振動(dòng)等清潔能源實(shí)現(xiàn)水體凈化［1，50，56-57］。這是由于二硫化鉬壓電催化過程中產(chǎn)生的電子、空穴和活性氧能夠與有機(jī)污染物或重金屬發(fā)生氧化還原反應(yīng)，從而達(dá)到凈化水體的目的［20，35，58］。

在降解水體污染物的過程中，一方面二硫化鉬活性位點(diǎn)上產(chǎn)生大量的電子和空穴可以直接氧化水體污染物，另一方面所產(chǎn)生的電子會(huì)與氧分子反應(yīng)生成活性氧進(jìn)一步礦化污染物［35，59-60］。通過改變形貌和合成缺陷等方法可以增加活性位點(diǎn)，促進(jìn)二硫化鉬對(duì)污染物和氧氣的吸附并增大壓電電勢(shì)。例如，納米花狀的二硫化鉬對(duì)羅丹明B的降解能力明顯高于商業(yè)化的塊狀二硫化鉬［27］。YEIN等［34］通過鹽酸輔助水熱法制備了具有硫空位缺陷的二硫化鉬，表面暴露出的富電子原子（Mo4+/Mo6+）不僅可以作為吸附分子氧的化學(xué)活性位點(diǎn)，還可以促進(jìn)電子轉(zhuǎn)移到吸附的氧分子上，從而產(chǎn)生更多的活性氧并促進(jìn)鉻黑T的壓電催化降解。

通過元素?fù)诫s和組裝復(fù)合等方法可以增大載流子密度、電導(dǎo)率，加速電荷遷移速率以促進(jìn)壓電催化反應(yīng)進(jìn)程。WIN等［20］制備了具有更高載流子濃度和電導(dǎo)率的超薄Co摻雜二硫化鉬納米片，在超聲條件下壓電產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)和以超氧自由基為主的活性物質(zhì)在60 s內(nèi)可有效降解99%的羅丹明B。將二硫化鉬與Fe3O4、石墨烯和石墨二炔等導(dǎo)電性能較好的材料結(jié)合不僅可以增大電導(dǎo)率、促進(jìn)電子轉(zhuǎn)移，還可以提高材料的環(huán)境適應(yīng)性和穩(wěn)定性［8，24，35］。ZHOU等［35］合成了具有核殼結(jié)構(gòu)的Fe3O4/MoS2納米材料，該材料保留了Fe3O4的磁性，可以在外部磁場(chǎng)下從溶液中分離和回收，且長(zhǎng)時(shí)間保持催化活性。在超聲波作用下，F(xiàn)e3O4/MoS2產(chǎn)生了大量的壓電電子，這些電子很容易被溶液中的氧氣捕獲，從而形成了大量的超氧自由基和少量的羥基自由基，加速羅丹明B的吸附和催化，通過增大溶液中的氧氣濃度可以促進(jìn)該反應(yīng)進(jìn)行。

二硫化鉬的壓電反應(yīng)促進(jìn)了電子-空穴對(duì)的分離，電子能夠?qū)⒏邇r(jià)態(tài)金屬還原成毒性較低的低價(jià)產(chǎn)物并回收。但在實(shí)際反應(yīng)過程中，空穴會(huì)再次氧化重金屬，限制去除效率，此時(shí)加入有機(jī)污染物可以清除多余的空穴，加速壓電催化還原反應(yīng)。WIN等［20］通過二硫化鉬壓電催化處理水中Cr6+與亞甲基藍(lán)的復(fù)合污染，當(dāng)亞甲基藍(lán)質(zhì)量濃度由10 mg/L分別增至20 mg/L和30 mg/L時(shí)，Cr6+的降解效率提高了30.4%和68.3%。在降解有機(jī)污染物時(shí)，高價(jià)重金屬的存在也能消耗壓電電子，阻礙電子-空穴對(duì)復(fù)合，通過調(diào)節(jié)不同污染物的濃度比可以加速壓電催化反應(yīng)。連續(xù)的外力作用也可以防止二硫化鉬中的電子-空穴對(duì)重組，使其保持高活性狀態(tài)［39］。不同的施力條件對(duì)催化效率的影響不同。YU等［60］對(duì)比了簡(jiǎn)單曝氣（振動(dòng)，10 W）與超聲條件（120 W）下二硫化鉬對(duì)羅丹明B的降解效果，發(fā)現(xiàn)采用曝氣的方法能耗降低了98%，羅丹明B的降解效率提高了55%。LAN等［61］利用螺旋反應(yīng)器模擬了通過排水系統(tǒng)中水流產(chǎn)生的機(jī)械能凈化污水，通過低頻水流的施力方式在24 min內(nèi)可降解94.8%的苯并噻唑，該工藝有望在實(shí)際水處理中得到應(yīng)用。

二硫化鉬壓電反應(yīng)產(chǎn)生的電子和活性氧不僅可以氧化還原有機(jī)污染物和重金屬，還可以破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)達(dá)到滅菌的效果。LAN等［58］模擬了水流中二硫化鉬使大腸桿菌失活的壓電過程，產(chǎn)生的單線態(tài)、超氧自由基和羥基自由基破壞了大腸桿菌的細(xì)胞結(jié)構(gòu)使其失活。二硫化鉬壓電滅菌速率與水流速度和處理時(shí)間呈正相關(guān)關(guān)系。眾所周知，納米材料可以通過中斷跨膜電子轉(zhuǎn)移、破壞/穿透細(xì)胞包膜、氧化細(xì)胞成分和形成次級(jí)產(chǎn)物（活性氧、溶解重金屬）等方式直接與微生物細(xì)胞發(fā)生相互作用并使其失活，但二硫化鉬納米片與細(xì)菌的直接作用并不顯著，是否可以通過調(diào)控微觀結(jié)構(gòu)提高二硫化鉬的直接和間接滅菌效率還有待研究［57-58］。

將壓電與光催化技術(shù)聯(lián)用的方法同樣被用于水體污染控制與修復(fù)中。LI等［40，62］將二硫化鉬與Ag2O結(jié)合構(gòu)建了MoS2/Ag2O異質(zhì)結(jié)，壓電效應(yīng)很好地改善了光催化過程中電荷分離效率低的問題，同時(shí)Ag2O的窄帶隙結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)高效的全太陽光（紫外、可見和近紅外）光催化。在全太陽光照射和超聲30 min后，MoS2/Ag2O對(duì)甲基橙的降解率達(dá)95%。CHOU等［56］構(gòu)建了一種基于二硫化鉬納米花的壓電-光催化滅菌體系，在機(jī)械振動(dòng)和可見光照射15 min后大腸桿菌去除率達(dá)99.999%以上，有效縮短了降解時(shí)間。

二硫化鉬本身就是一種芬頓助催化劑，將壓電催化體系與芬頓/類芬頓體系相結(jié)合可以加速電子轉(zhuǎn)移和鐵離子循環(huán)，提高芬頓反應(yīng)效率。在壓電-芬頓體系中產(chǎn)生單線態(tài)氧、羥基自由基等多種活性物質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)污染物的高效降解［38，63］。二硫化鉬納米壓電材料對(duì)芬頓反應(yīng)的促進(jìn)作用主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面：首先，二硫化鉬納米結(jié)構(gòu)具有較大的比表面積，可以將污染物吸附在催化位點(diǎn)附近［64-65］；其次，暴露于二硫化鉬表面的金屬活性位點(diǎn)（如Mo4+）可以與Fe3+發(fā)生電子交換生成Fe2+，H2O2又可以將Mo6+還原為原始的Mo4+，Mo和Fe之間的價(jià)態(tài)轉(zhuǎn)換加速了芬頓體系中Fe2+/Fe3+的循環(huán)，提高了H2O2的利用率，促進(jìn)了羥基自由基的生成并增強(qiáng)了反應(yīng)穩(wěn)定性［63，66］；最后，壓電電勢(shì)可以促進(jìn)電子-空穴對(duì)的分離，加速電子在Mo和Fe之間的轉(zhuǎn)移，有效提高了壓電-芬頓體系的降解效率［38］。

4 結(jié)語和展望

二硫化鉬的壓電性能與結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)，通過改變形貌、調(diào)控晶型、合成缺陷、摻雜外源元素、與功能性材料復(fù)合可以改善壓電性能。在壓電催化反應(yīng)過程中，二硫化鉬促進(jìn)了電子-空穴對(duì)的分離，分離后的電子不僅可以還原H+進(jìn)行能源生產(chǎn)、降解并回收重金屬，還可以與氧分子反應(yīng)進(jìn)一步生成活性氧，而空穴與活性氧可以破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)、氧化有機(jī)污染物進(jìn)而凈化水體環(huán)境。可以通過改變施力條件、氧氣濃度、活性位點(diǎn)數(shù)量、載流子密度和電導(dǎo)率，與光催化和類芬頓體系聯(lián)用等方式提高二硫化鉬壓電催化析氫反應(yīng)的速率以及降解水體污染物的效率。

雖然當(dāng)前二硫化鉬在壓電催化領(lǐng)域已有較多研究，但仍有一些問題亟待解決：a）二硫化鉬難以在環(huán)境中被回收利用，如何設(shè)計(jì)和制備便于實(shí)際應(yīng)用的二維/三維宏觀器件材料值得深入研究；b）臭氧曝氣也能夠作為機(jī)械能觸發(fā)壓電催化反應(yīng)，將二硫化鉬壓電材料與臭氧氧化技術(shù)聯(lián)用進(jìn)行產(chǎn)氫或水污染控制的研究亟待開展；c）實(shí)際水環(huán)境中水質(zhì)條件復(fù)雜，二硫化鉬壓電催化對(duì)復(fù)合水體污染物的降解性能及機(jī)理有待進(jìn)一步研究?？偠灾蚧f壓電催化在能源再生和水體凈化中具有很大的應(yīng)用潛力和發(fā)展空間。