准二维金属硫属化合物类石墨烯结构的化学合成与组装

无机类石墨烯属于准二维纳米结构体系,因其具有比纯碳石墨烯本身更多的调控参数,比如带隙类型及其带隙宽度可调节等,在电子器件构筑和能量转化存储等领域有着重要的科学意义和广阔的应用前景．近年来,具有准二维特征的金属硫属化合物（metalchalcogenides,MCs）作为类石墨烯结构的重要材料体系受到了广泛关注．本文概述了近年来金属硫属化合物类石墨烯结构的化学制备方法及其可能的组装应用,提出了通过系列方法影响层间作用力及利用晶体各向异性等材料设计与合成策略来实现类石墨烯的化学合成,并展望了类石墨烯的组装结构在能量存储与智能传感领域的应用前景．     

类石墨烯类活性炭材料的简易合成及其在锂硫电池中的应用研究

锂硫电池由于具有较高的理论容量被视为一种最具发展潜力的储能装置. 然而,硫的利用率较低及循环寿命短等问题限制着其商业化进程. 本文通过一种简单易行的方法将三聚氰胺（C₃H₆N₆）和L半胱氨酸(C₃H₇NO₂S)碳化,制备出一种氮掺杂类石墨烯活性炭材料（NGC）. 该材料的类石墨烯结构能够有效抑制锂硫电池在充放电过程中产生的体积效应,以此提升其循环性能. 不仅如此,材料中含有的含氮官能团还可以促进离子转移,抑制多硫化物的溶解,进而提升硫的利用率. 其中,制备出的NGC-8/PS复合电极用于锂硫电池时在0.2 C的电流密度下初始容量为1164.1 mAh·g^-1,在经过400圈的充放电循环之后依然具有909.4 mAh·g^-1的比容量,每圈容量衰减仅为0.05%,甚至在2C的电流密度下也能达到820 mAh·g^-1的高比容量.     

纳米二硫化钼的掺杂及催化电解水产氢的研究进展

电催化水分解制氢是可以形成闭环的生产过程, 起始原料与副产物均为水、 过程清洁无污染, 是极具希望的产氢策略. 目前制约其发展的瓶颈之一是价格昂贵的Pt基贵金属催化剂. 为推动电催化分解水制氢的普及, 亟待开发低成本非贵金属催化剂. 在众多备选非贵金属催化材料中, 纳米层状结构二硫化钼(MoS₂)因催化效果可期、 价格低而获得了广泛关注. 然而, 通常条件下易于获得的层状结构2H相MoS₂大面积的基面部分显示惰性, 仅在片层边缘处存在少量活性位点, 且导电性较差, 因而尚不能替代Pt基催化剂, 而如何增加其活性位点数量和提高其导电性成为亟待解决的问题; 另一方面, 1T相MoS₂虽然活性高、 导电性好, 但却存在制备困难及稳定性差的问题. 鉴于此, 研究者通过对纳米MoS₂进行掺杂改性实现了其活性与稳定性的有效提升. 本文对非贵金属纳米MoS₂催化剂掺杂改性的方法、 机理及其电催化水解制氢性能的相关研究进行了总结与讨论. 作为典型的非贵金属电解水析氢催化剂, MoS₂具有巨大发展潜力, 本文能够对相关非贵金属催化剂的研发提供有益的参考.     

基于计算谱学的纳米材料结构表征及其在石墨烯氧化物中的应用

从理论上对材料结构进行表征一般是基于第一性原理电子结构计算对可能的结构模型进行能量分析, 从而得到材料的基态构型. 而经过复杂路径合成的纳米材料并不总是处于基态能量构型. 因此, 对可能的结构模型进行计算谱学模拟, 然后直接与实验谱图对比, 可以提供更为可靠的结构信息. 本文简单介绍了谱学模拟的理论背景, 以石墨烯氧化物为例展示了计算谱学在复杂纳米材料结构表征中的关键作用.     

类石墨烯碳材料的制备及其电容性能研究

利用三聚氰胺高温下缩聚产生的g-C₃N₄作为二维模板, 同时利用其与对苯二甲醛发生席夫碱反应产生聚合物以及聚合物的碳化, 制备了具有二维形貌的类石墨烯片层碳材料(GLCS), 随后, 将GLCS用KOH进行活化, 得到了具有多孔结构的a-GLCS. 对材料进行透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱测试(XPS)、拉曼光谱(Raman)和比表面积分析(BET), 并将材料用作超级电容器电极材料进行电化学测试. 结果表明该方法能够制备得到二维片层碳材料, 并且材料中掺杂有一定量的氮元素. GLCS经过KOH活化后, 比表面积和电容性能都有了大幅提高, 电流密度为1 A/g时GLCS和a-GLCS比容量分别为160和300 F/g.     

石墨烯的三维组装及其应用

石墨烯是一种具有独特的物理和化学性质的二维碳材料。将石墨烯进行三维组装可以实现纳米材料内嵌到宏观器件中,从而可拓宽石墨烯的应用范围。本文通过对近几年发表的有关石墨烯三维组装文章的分析,概括了几种制备石墨烯三维结构的方法,并阐述了其在能源、环境、生物、催化、传感器以及电子器件等方面的应用。最后对石墨烯的三维组装进行了小结和展望。     

石墨烯及其复合材料在锂离子电池中的应用

石墨烯是一种单原子层厚度的石墨材料,具有独特的二维结构和优异的电学、力学以及热学性能。同时它也是一种具有良好应用前景的锂离子电池电极材料。电极材料的微观结构对其性能有很大影响,利用石墨烯获得具有特殊形貌和微观结构的电极材料,能有效改善材料的各项电化学性能。本文综述了石墨烯及其复合材料在锂离子电池中的应用研究进展。在负极复合材料中,石墨烯不仅可以缓冲材料在充放电过程中的体积效应,还可以形成导电网络提升复合材料的导电性能,提高材料的倍率性能和循环寿命。通过优化复合材料的微观结构,例如夹层结构或石墨烯片层包覆结构,可进一步提高材料的电化学性能。在正极复合材料中,石墨烯形成的连续三维导电网络可有效提高复合材料的电子及离子传输能力。此外,相比于传统导电添加剂,石墨烯导电剂的优势在于能用较少的添加量,达到更加优异的电化学性能。最后对石墨烯复合材料的研究前景进行了展望。     

过渡金属基层状双羟基化合物的调控及其在电化学水氧化中的应用

过渡金属基层状双羟基化合物(transition metals based layered double hydroxides,TM LDHs)由于大的比表面积,开放的微观结构,可调的层间距和化学成分等优势,近年来被广泛应用于催化领域。 本综述文章将集中介绍TM LDH在电催化水氧化中的应用,从其化学成分和微观结构的调控两方面入手,详述TM LDH具有优异催化水性能的原因,并对其催化性能未来进一步的可能发展进行展望。     

类凝胶法制备锂离子二次电池正极材料镍钴酸锂

以LiOH.H2O,Ni(NO3)2,6H2O,Co(NO3)2.6H2O,NH3.H2O为原料,在不同条件下以类凝胶法制备层状化合物LiNixCo1-xO2,并以此作正极材料进行电化学测试,结果表明,首次充电比容量达192mAh/g,首次放电比容量达140mAh/g,循环22次后其放电比容量保持在119mAh/g。     

石墨烯的功能化及其在储能材料领域中的应用

石墨烯是由sp~2杂化的碳原子紧密堆积成的单原子层二维碳材料,由于其优异的物理和化学性质被视为最有前景的新型材料之一。但由于石墨烯片层之间在范德华力的作用下易发生不可逆团聚,丧失其单层二维纳米片的结构特性,以及石墨烯表面呈现惰性状态,致使其与其他介质的相互作用较弱,难以均匀分散在极性或非极性的溶剂中,因而石墨烯的应用受到限制。对石墨烯进行功能化可以调控其分子结构、电子能级和化学性质,不仅可以有效抑制石墨烯的团聚而且能够改善其在溶剂中的分散性和稳定性,从而实现石墨烯基材料的多元化应用。本文综述了近年来共价键和非共价键功能化石墨烯以及其复合材料在储能领域的研究进展,并对功能化石墨烯的发展前景进行了展望。     

二硫化钼薄膜的刻蚀方法及其应用

过渡金属硫化物因能带结构与层数具有明显的依赖关系而受到广泛关注,尤其是二维二硫化钼（MoS₂）薄膜因其优良的光电性能而成为研究热点。目前,化学气相沉积法（CVD）和剥离法已成为制备MoS₂薄膜的主要方法,但这两种方法均存在难以精确控制MoS₂层数的问题,研究证实通过刻蚀手段能够对MoS₂薄膜层数进行进一步加工,从而得到单层或特定层数的样品。本文综述了基于不同刻蚀原理的MoS₂薄膜刻蚀技术的国内外研究进展,分析讨论了不同刻蚀技术对刻蚀后MoS₂薄膜质量的影响,介绍了MoS₂刻蚀方法在场效应晶体管（FET）以及其他光电器件领域的实际应用和发展前景,最后对将来研究中需要着力解决的问题进行了展望。     

类石墨烯二硫化钨薄膜的化学气相沉积法制备及其应用

类石墨烯过渡金属硫属化合物如MoS₂、WS₂、MoSe₂、WSe₂等因为具有层数依赖的带隙结构而受到了广泛关注。尤其是本征态的WS₂为双极性半导体,它同时具有n型和p型电输运特性,有望在电子电路、存储器件、光电探测和光伏器件方面得以广泛应用。近年来,化学气相沉积技术已经被广泛用于制备大面积二维硫属化合物(如MoS₂, MoSe₂, WS₂ 和WSe₂)原子层薄膜。目前关于其他二维材料体系的综述文献介绍较多,但是针对WS₂介绍的综述文献还鲜有报道。因此,本文综述了类石墨烯WS₂薄膜的化学气相沉积法制备和相关器件的国内外研究进展,讨论了WS₂薄膜的化学气相沉积法制备机理及生长因素如硫粉含量、载气的成分、反应温度、基底材料等对薄膜成膜质量的影响,介绍了WS₂薄膜在晶体管、光电器件及与其他二维材料构成的异质结构器件的最新研究成果,并对可能存在的问题进行了分析和述评。     

羟基铬柱撑二硫化钼的制备及其对苯加氢反应的催化活性

 采用单分子层技术将羟基铬聚合离子[Cr4(OH)6(H2O)10]6+嵌入到二硫化钼板层间,得到层间距为1.319～1.341 nm的柱撑复合材料. X射线粉末衍射表明,羟基铬聚合物溶液经70 ℃恒温下陈化4 d即可作为稳定的柱撑液使用; 在柱撑反应体系中,较小的n(Cr)/n(Mo)比和较低的Cr3+浓度有利于获得结晶度较好的柱撑材料. 与原料2H-MoS2相比,柱撑材料的层间距增大,晶粒变小,比表面积增加并且热稳定性提高. 对催化苯饱和加氢反应表明,柱撑材料Cr-MoS2的催化活性明显优于未柱撑的2H-MoS2和Raney Ni催化剂,且结晶度较好的柱撑材料更具有较高的催化活性和较好的可重复性.     

二维硫化钼基原子晶体材料的化学气相沉积法制备及其器件

二维过渡族金属硫属化合物因其带隙具有强烈的层数依赖性而在电子器件方面具有广泛的应用前景.其中单层二硫化钼(MoS₂)是该系列材料中最典型的一种直接带隙半导体,它具有优异的光、电、磁、热和力学性能.二维MoS₂有望在光电探测、光伏器件、场效应晶体管、存储器件、谷电子和自旋器件、温差电器件、微纳机电器件和系统等方面得以广泛应用.化学气相沉积(CVD)法已成为制备二维过渡族金属硫属化合物如MoS₂、MoSe₂、WS₂和WSe₂等原子层薄膜的主要手段,尤其科学界利用CVD法对二维MoS₂材料进行了深入的制备探索,通过该方法制备的MoS₂薄膜在电子和光电器件方面已经有广泛研究.本文将从二维MoS₂的基本物性出发,详细介绍CVD法制备MoS₂的各种工艺过程,如热分解硫代硫酸盐法、硫化Mo(MoO_3-x)薄膜制备法、MoO_3-x粉体与硫属前驱体气相合成法和钼箔表面直接硫化法,并介绍了基于MoS₂的二维异质结构筑方法.在制备材料的基础上,详细阐述了二维MoS₂在场效应晶体管、光电探测器、柔性电子器件以及异质结器件方面的应用,并展望了二维材料在半导体器件中的应用前景.     

二维硫化钼的溶液法制备及其复合材料在光、电催化领域的应用

作为二维（2D）过渡金属硫族化合物（TMDs）的成员之一,MoS₂因其独特的物理化学性质及在自然界中丰富的含量成为目前研究最广泛的一种半导体。凭借超薄的层状结构和可调控的禁带宽度,单层和多层的二维MoS₂纳米材料在众多研究领域都备受关注。基于溶液法的合成工艺（如超声辅助液相剥离和湿化学合成法）有望实现大规模、高产量地制备二维MoS₂纳米材料,更重要的是,基于溶液法合成的二维MoS₂纳米材料便于作为模板或者载体来制备功能性复合纳米材料,有利于进一步提升其在相关应用中的性能。本文重点介绍了基于溶液制备二维MoS₂纳米材料的各种合成方法,同时特别关注了溶液法制备的二维MoS₂复合纳米材料及其在光、电催化方面的应用,并展望了溶液法合成二维MoS₂及其复合材料的应用前景和挑战。     

纳米MoS_2催化剂的合成及其在加氢脱硫反应中的应用

通过羰基钼和升华硫反应制备了晶片层数为3～5,比表面积为71m2/g的纳米MoS2催化剂,并考察了其催化十二硫醇或二苯并噻吩的加氢脱硫活性.结果表明,在3.0MPa初始氢气压力下,该催化剂在200C和280C就可使十二硫醇和二苯并噻吩转化接近100%.     

~（95）Mo NMR谱及其在钼化学研究中的应用

对~（９５）ＭｏＮＭＲ的特点、提供的信息、发展历史以及研究现状作了较为全面的介绍。结合本实验室研究工作和部分文献报道对其在钼化学研究中的应用进行了较为详细的论述，同时还指出影响~（９５）ＭｏＮＭＲ的因素并进行了简单分类和讨论。     

近红外光热转换剂氧缺陷二氧化钼的制备及其在光热治疗中的应用

通过水热合成法,以五氯化钼（MoCl₅）为钼源,聚乙烯吡咯烷酮（PVP）为结构导向剂和还原剂,制备了二氧化钼（MoO₂）纳米颗粒,对纳米材料进行X射线粉末衍射（XRD）、透射电镜（TEM）、紫外可见近红外（UV-Vis-NIR）吸收光谱、X射线光电子能谱（XPS）、电子自旋共振谱（EPR）等表征,结果表明制备的MoO₂纳米颗粒粒度约18 nm,粒度均匀,具有丰富的氧缺陷,在650~1 100 nm的近红外区具有良好的光吸收能力。光热测试表明该材料100 μg·mL^-1的水溶液10 min内升温达31.5℃,光热转换率高达67.9%,并且具有优异的光热稳定性。细胞毒性实验表明低剂量的该纳米材料对细胞几乎没有毒性,且对肝癌细胞的光热杀伤效果明显。     

Stability,Structure and Reconstruction of 1H-Edges in MoS2

Density functional studies of the edges of single-layer 1H-MoS₂ are presented. This phase presents a rich variability of edges that can influence the morphology and properties of MoS₂ nano-objects, play an important role in industrial chemical processes, and find future applications in energy storage, electronics and spintronics. The so-called Mo-100 %S edges vertical S-dimers were confirmed to be stable, however the authors also identified a family of metastable edges combining Mo atoms linked by two-electron donor symmetrical disulfide ligands and four-electron donor unsymmetrical disulfide ligands. These may be entropically favored, potentially stabilizing them at high temperatures as a “liquid edge” phase. For Mo-50 %S edges, S-bridge structures with 3× periodicity along the edge are the most stable, compatible with a Peierls’ distortion arising from the d-bands of the edge Mo atoms. An additional explanation for this periodicity is proposed through the formation of 3-center bonds.