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超薄二维非层状晶体材料在能量存储与转换中的应用2018-02-07

自从石墨烯发现以来,具有原子级厚度的超薄二维纳米材料因具有极高的比表面积、独特的电子结构和优异的物理化学性能,引起科研人员的极大关注和研究热情。尽管以往的工作主要集中在具有层状晶体结构的二维材料上,二维非层状材料的研究也逐渐得以,引起人们广泛的关注。相比于层状材料,非层状材料具有更加复杂的表面电子结构以及可调控的物理化学特性。相关研究不仅可以显著改善纳米材料在能量存储和转换中的应用,还可以丰富超薄二维材料这一全新的研究领域。

最近,澳大利亚伍仑贡大学超导与电子材料研究所窦玉海博士对超薄二维非层状晶体材料在能源存储和转换中的应用进行了系统的总结。该综述文章首先对二维层状和非层状材料进行了分类和对比(图1),然后详细地介绍了超薄二维非层状材料的制备方法(自组装、取向生长、层状中间体辅助剥离、二维模板、拓扑化学转变)、电子结构特性(晶格畸变、表面悬挂键)、电子结构调控手段(厚度、孔/坑、空位、元素掺杂、二维异质结构)及其在锂离子电池、钠离子电池、催化析氢、析氧、CO2还原、CO氧化等能量存储与转换领域的应用(图2),最后针对目前存在的问题对未来的发展方向和趋势提出了相应的建议。

图1. 超薄二维层状(a)和非层状(b)晶体材料的分类和特征

图2. 超薄二维非层状晶体材料的制备方法、电子结构特性、电子结构调控手段及能量存储与转换的应用

这类超薄二维非层状晶体材料具有特殊的结构形貌和电子特性,在能量存储和转换中体现出非常优异的性能。该综述为其他超薄二维材料的制备合成提供了思路,为深入研究结构与性能之间的关系指明了方向,并对类石墨烯二维材料这一新型领域的丰富和发展具有十分重要的意义。相关成果近期发表在Chemical Society Reviews 上。第一作者为窦玉海博士,通讯作者为窦士学院士。

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