静电纺丝纳米纤维（管）负载金属硫化物纳米粒子的可控制备、界面调控及催化性质研究

Controllable fabrication of the supported metal sulfide nanoparticle catalyst is one of the key research subjects in the field of catalysis. However, it is a challenge to fabricate metal sulfide nanoparticles with controllable size, shape and crystallinity. And it is another challenge to achieve synergistic catalytic effect between metal sulfide nanoparticles and supports. In this project, we have proposed to prepare metal sulfide nanoparticles on the surface of electrospun conducting polymer nanofibers by using the dopant of mercapto carboxylic acid as the sulfur source. Herein, we will discuss the nucleation and growth of metal sulfide nanoparticles on the surface of conducting polymer nanofibers, and investigate the effects of the kinds of conducting polymers, the structures of mercapto carboxylic acids and the reactive temperature on the size, composition, morphology, crystallinity of the metal sulfide nanopaticles. In addtion, we will study the enzyme catalytic and photocatalytic properties of the conducting polymer/metal sulfide composite nanofibers. The effects of the size, composition, morphology, crystallinity of the metal sulfide nanopaticles and the interactions between the metal sulfide nanoparticles and the supports on the catalytic performance will be fully investigated. The effects of the carbon coating and noble metal nanopaticles deposition on the catalytic performance will be also studied in detail. We think that this approach developed in this project will help us prepare new kinds of supported metal sulfide catalysts with a superior catalytic performance.

负载型金属硫化物纳米粒子催化剂的可控制备是目前催化领域重点研究课题，如何实现特定尺寸、形貌和结晶性的金属硫化物纳米粒子在特殊载体上的制备以及如何实现金属硫化物和载体之间的协同催化作用是相关研究的难点。在本项目中，我们提出利用静电纺丝导电聚合物纳米纤维（管）中的巯基羧酸掺杂剂作为硫源，在其表面原位构筑金属硫化物纳米粒子。探索金属硫化物纳米粒子在导电聚合物纳米纤维（管）表面的成核生长规律，考察导电聚合物种类、掺杂剂结构及反应温度对金属硫化物纳米粒子的尺寸、组成、形貌以及结晶性的影响。以负载型金属硫化物纳米粒子酶催化和光催化研究为导向，探讨金属硫化物纳米粒子的尺寸、组成、形貌、结晶性及其与导电聚合物之间的相互作用对催化剂性能的影响规律，深入研究碳层包覆和金属纳米粒子复合与导电高分子/金属硫化物复合纳米纤维（管）的界面效应对催化剂性能的影响，为制备高性能负载型金属硫化物纳米粒子催化剂提供重要依据。

金属硫化物具有特殊的3d价电子壳层结构和丰富的元素组成，因而通常展现了优异的光电特性，尤其是金属硫化物纳米粒子由于具有大的比表面积目前已被广泛应用在光电器件、太阳能电池、锂离子电池、超级电容器、生物标记、光催化、电催化分解水、模拟酶催化等领域。由于金属硫化物纳米粒子在催化反应过程中容易聚集以及被腐蚀，因此负载型金属硫化物纳米粒子催化剂的制备是其实际应用的基础。另外，在催化反应中，金属硫化物纳米材料的形貌、结构、尺寸以及与载体之间的相互作用对催化性能影响很大。如何实现特定尺寸和形貌的金属硫化物纳米结构在功能载体上的可控制备和协同催化效应的实现是相关研究的难点。. 本项目发展了几种高效、通用的在静电纺及导电聚合物纳米纤维上制备金属硫化物的方法。实现了特定尺寸、形貌以及组成可调的金属硫化物纳米粒子及纳米片在各种不同种类纳米纤维表面的可控生长。研究了金属硫化物纳米粒子与纳米纤维载体之间的相互作用，考察了静电纺以及导电聚合物纳米纤维材料负载金属硫化物在类过氧化物酶催化以及电催化分解水反应中的催化性能，探索了提高纳米纤维材料负载金属硫化物纳米粒子或者纳米片催化性能的途径，揭示了金属硫化物与氧化物、导电聚合物、金属纳米粒子以及碳材料之间的协同催化效应，从而制备出了多种高性能纳米纤维/金属硫化物复合纳米催化剂材料。