Large-area monolayer WS2 is a desirable material for applications in next-generation electronics and optoelectronics. However, the chemical vapour deposition (CVD) with rigid and inert substrates for large-area sample growth suffers from a non-uniform number of layers, small domain size and many defects, and is not compatible with the fabrication process of flexible devices. Here we report the self-limited catalytic surface growth of uniform monolayer WS2 single crystals of millimetre size and large-area films by ambient-pressure CVD on Au. The weak interaction between the WS2 and Au enables the intact transfer of the monolayers to arbitrary substrates using the electrochemical bubbling method without sacrificing Au. The WS2 shows high crystal quality and optical and electrical properties comparable or superior to mechanically exfoliated samples. We also demonstrate the roll-to-roll/bubbling production of large-area flexible films of uniform monolayer, double-layer WS2 and WS2/graphene heterostructures, and batch fabrication of large-area flexible monolayer WS2 film transistor arrays.

A well-defined core-double-shell structured magnetic polydopamine@zeolitic idazolate frameworks-8 (MP@ZIF-8) hydrid microsphere consisting of the core of magnetic Fe3O4 nanoparticles, the inner shell of a polydopamine layer, and the outer shell of a porous ZIF-8 nanocrystal was prepared through a facile and green approach to achieve synergistic reduction and adsorptive removal of Cr(VI). The microsphere property was characterized methodically. The batch adsorption experiments showed that the MP@ZIF-8 exhibited high efficiency in the Cr(VI) removal from aqueous solutions, affording Cr(VI) removal capacity of 136.56 mg g–1, surpassing pristine MP (92.27 mg g–1). The pseudo-second-order model fitted the Cr(VI) removal kinetics well. Cr(VI) removal on the MP@ZIF-8 relied highly on pH values. More significantly, with the reduction of nitrogen atom group on ZIF-8 and PDA, Cr(VI) was easily converted into low toxicity Cr(III) and then immobilized on the MP@ZIF-8. Thus, the hybrid microspheres provided excellent adsorptive activity in treating Cr-contaminated wastewater.

Significance Controlled synthesis of wafer-sized single crystalline high-quality graphene is a great challenge of graphene growth by chemical vapor deposition because of the complicated kinetics at edges that govern the growth process. Here we report the synthesis of single-crystal graphene domains with tunable edges from zigzag to armchair via a growth–etching–regrowth process. Both growth and etching of graphene are strongly dependent on the edge structure. This growth/etching behavior is well explained at the atomic level, given the concentrations of kinks on various edges, and allows control of graphene edges and morphology according to the classical kinetic Wulff construction theory. This work provides a deep understanding of the fundamental problems that limit graphene growth by chemical vapor deposition.

Atomically thin hexagonal boron nitride (h-BN), as a graphene analogue, has attracted increasing interest because of many fascinating properties and a wide range of potential applications. However, it still remains a great challenge to synthesize high-quality h-BN with predetermined number of layers at a low cost. Here we reported the controlled growth of h-BN on polycrystalline Pt foils by low-cost ambient pressure chemical vapor deposition with ammonia borane as the precursor. Monolayer, bilayer and few-layer h-BN domains and large-area films were selectively obtained on Pt by simply changing the concentration of ammonia borane. Moreover, using a bubbling method, we have achieved the nondestructive transfer of h-BN from Pt to arbitrary substrates and the repeated use of the Pt for h-BN growth, which not only reduces environmental pollution but also decreases the production cost of h-BN. The monolayer and bilayer h-BN obtained are very uniform with high quality and smooth surfaces. In addition, we found that the optical band gap of h-BN increases with decreasing number of layers. The repeated growth of large-area, high-quality monolayer and bilayer h-BN films, together with the successful growth of graphene, opens up the possibility for creating various functional heterostructures for large-scale fabrication and integration of novel electronics.

The organic–inorganic hybrid material of polyaniline/Mg/Al layered double hydroxides (PANI/LDHs) was fabricated through in situ oxidative polymerization. PANI/LDHs were characterized by field emission scanning electron microscopy, X-ray diffraction, Fourier transform infrared spectroscopy, and thermogravimetric analysis. The results showed that PANI was successfully grown on PANI/LDHs. PANI/LDHs were further applied to remove Cr(VI) from aqueous solution, which exhibited outstanding removal capacity toward Cr(VI) (393.70 mg/g), comparable to Cr(VI) removal on PANI nanotubes (198.67 mg/g) and many other materials. The adsorption kinetics followed the pseudo-second-order model. The adsorption of Cr(VI) on PANI/LDHs was highly pH dependent. The Langmuir model described the adsorption isotherm data better than the Freundlich model. Thermodynamic parameters for the adsorption system were calculated and suggested that the adsorption process was spontaneous and endothermic. As a result, this study indicates that PANI/LDHs may be ideal materials for Cr(VI) wastewater treatment.

Abstract Understanding the influence of grain boundaries (GBs) on the electrical and thermal transport properties of graphene films is essentially important for electronic, optoelectronic and thermoelectric applications. Here we report a segregation–adsorption chemical vapour deposition method to grow well-stitched high-quality monolayer graphene films with a tunable uniform grain size from ∼200 nm to ∼1 μm, by using a Pt substrate with medium carbon solubility, which enables the determination of the scaling laws of thermal and electrical conductivities as a function of grain size. We found that the thermal conductivity of graphene films dramatically decreases with decreasing grain size by a small thermal boundary conductance of ∼3.8 × 10 9 W m −2 K −1 , while the electrical conductivity slowly decreases with an extraordinarily small GB transport gap of ∼0.01 eV and resistivity of ∼0.3 kΩ μm. Moreover, the changes in both the thermal and electrical conductivities with grain size change are greater than those of typical semiconducting thermoelectric materials.

Low temperature has been a major challenge for lithium-ion batteries to maintain satisfied electrochemical performance, as it leads to poor rechargeability and low capacity retention. Traditional carbonate solvents, vinyl carbonate and dimethyl carbonate are indispensable components of commercial electrolytes. However, the higher melting point of these carbonate solvents causes their electrical conductivity to be easily reduced when temperatures drop below zero, limiting their ability to facilitate lithium ion transport. In this work, we demonstrate that the use of methyl propionate (MP) carboxylate and fluorocarbonate vinyl (FEC) electrolytes can overcome the limitations of low temperature cycling. Compared with carbonate electrolyte, MP has the characteristics of low melting point, low viscosity and low binding energy with Li

Biochar supported sulfidized nanoscale zerovalent iron (S-nZVI-BC) has shown great potential for environmental remediation. However, the feasibility of S-nZVI-BC for the immobilization of cadmium (Cd) in sediment and concomitant ecological consequences remains unclear. Herein, this study systematically investigated the effectiveness, environmental impacts and mechanisms of S-nZVI-BC for remediating of Cd polluted sediment and evaluated the contribution of iron reducing bacteria (IRB) for Cd immobilization. The Cd immobilization by S-nZVI-BC was superior to nZVI, BC, nZVI-BC and S-nZVI, with a maximum residual percentage increasing by 56.93%, the leachability decreasing by 94.48% and the availability reducing by 88.25%. The sediment pH, Eh, dissolved organic carbon (DOC) and leaching Fe2+ played a vital role in Cd immobilization. Three enzyme activities (urease, sucrase, and cellulase) were enhanced after S-nZVI-BC treatment, suggesting an improvement in sediment quality. However, catalase activity decreased, possibly because of the influence of Fe2+ from S-nZVI-BC. The microbial community structure was changed and the abundance of some IRB was improved by S-nZVI-BC. The RT-qPCR results indicated that the absolute abundance of Clostridium (a typical IRB) increased by 1.66 log, which enhanced the iron cycle and Cd re-immobilization. The characterization results confirmed that Cd immobilization by S-nZVI-BC was achieved via adsorption, surface adsorption-complexation and precipitation. Therefore, S-nZVI-BC showed excellent Cd immobilization performance and long-term stability, being well adapted for the treatment of Cd polluted sediment.

Biomass energy has gained significant attention due to its renewability and clean, low-carbon characteristics. We prepared a Co@NC-a catalyst using the complexation-carbonation-acid etching method, which can catalyze both thermochemical and electrochemical HMF selective oxidation reactions. In thermocatalysis, it can achieve 100% HMF conversion and 94.4% FDCA yield at 65 °C and 0.2 MPa O2. In electrocatalysis, 100% HMF conversion and 73% FDCA yield were also realized. Significantly, graphitized carbon contributes to the aerobic oxidation of HMF due to its excellent electrical conductivity, which promotes electron transfer during the reaction. Additionally, a comparative study of the activation energy of this catalytic system in electrocatalysis and thermocatalysis showed that electrocatalysis is kinetically more favorable. The energy efficiency calculation also indicates electrocatalysis is more energy efficient than thermocatalysis.