唐捷
,
华青松
,
元金石
,
张健敏
,
赵玉玲
材料导报
doi:10.11896/j.issn.1005-023X.2017.09.003
以石墨烯为代表的具有层状结构的二维材料因具有大比表面积等特性成为超级电容器电极材料的热门候选.文章着眼于针对诸如石墨烯、过渡金属二硫族化合物、过渡金属碳/氮化物、层状过渡金属氧化物/氢氧化物等二维材料在超级电容器领域应用的研究,尝试总结了其制备方法、产物形貌特征以及作为电极的性能等,并对这一领域的未来发展和面临的挑战提出了看法与预测.
关键词:
超级电容器
,
双电层电容
,
器赝电容电容器
,
二维材料
,
石墨烯
,
过渡金属二硫族化合物(TMDCs)
,
过渡金属碳/氮化物
,
(MXenes)
,
层状过渡金属氧化物(TMOs)
,
层状过渡金属氢氧化物(TMHs)
朱元元
,
王李波
,
张恒
,
贾进
,
周爱国
,
昝青峰
硅酸盐通报
本文以TiH2/2TiC/1.1Al的混合粉末为原料,在管式炉中通入氩气作为保护气氛,在1450℃保温2h制备出高纯Ti3AlC2.在室温下,将Ti3AlC2粉末浸入浓度为40％与50％的氢氟酸溶液中磁力搅拌24 h,选择性刻蚀掉Ti3AlC2结构中的Al元素,利用XRD和SEM来表征剥离产物,结果表明,Ti3AlC2的层状结构明显分离开来,成功制备出了类石墨烯的二维晶体材料MXene.利用万能摩擦磨损试验机测试了添加不同含量MXene的液体石蜡的润滑性能,结果表明,添加适量的MXene对液体石蜡的润滑性能有所改善.
关键词:
Ti3AlC2
,
二维材料
,
类石墨烯
,
润滑
申长洁
,
王李波
,
张恒
,
周爱国
,
刘凡凡
,
王冰心
材料导报
doi:10.11896/j.issn.1005-023X.2016.19.021
MXene 是一种类石墨烯结构的新型二维过渡金属碳化物或碳氮化物,通过氟盐和盐酸或氢氟酸刻蚀前驱体 MAX相中的活泼金属元素得到,其化学通式为 Mn+1 XnT(n=1,2,3…),T表示表面所附着的官能团(-H、-F或-OH)。得益于其表面的官能团,MXene在储能方面应用较为广泛。通过表面改性、离子插层,增加 MXene晶面间距,提高离子传输效率,以优化 MXene在电化学方面的应用。综述了以 Ti3 C2为代表的 MXene的制备方法、理论研究以及在锂离子电池、锂硫电池、超级电容器等方面的应用研究进展,展望了 MXene 在电化学领域的应用前景和未来的研究方向。
关键词:
Ti3 C2
,
二维材料
,
锂离子电池
,
锂硫电池
,
超级电容器
郑伟
,
孙正明
,
张培根
,
田无边
,
王英
,
张亚梅
材料导报
doi:10.11896/j.issn.1005-023X.2017.09.001
MXene是一类新型碳/氮化物二维纳米层状材料,一般是利用化学刻蚀的手段通过选择性刻蚀掉前驱体MAX相中的A原子层而得到.其通式可表示为Mn+1XnTx,其中M代表早期过渡族金属,X代表碳和/或氮,Tx代表MXene在刻蚀过程中产生的附着在其表面的官能团(-OH、-F、=O、等).采用一定的手段将多层MXene剥落,可获得类石墨烯形貌的单层MXene.MXene除了具备传统二维材料的性能外,还兼具良好的导电性、亲水性、透光性、柔韧性以及能量储存性能,在复合材料、润滑剂、环境污染治理、电池、电容器、催化、传感器、抗菌等领域具有潜在的应用价值.文章总结了MXene的制备、结构、性能和应用等方面的最新成果,并展望了其今后的研究方向.
关键词:
MAX相
,
MXene
,
二维材料
,
刻蚀
,
制备
,
应用
王慧德
,
范涛健
,
谢中建
,
张晗
材料导报
doi:10.11896/j.issn.1005-023X.2017.09.005
黑磷有随层数可调的直接带隙和独特的各向异性结构等众多优异的性质,因此近年来受到科研人员的广泛关注.本文概述了二维黑磷的制备方法,重点综述了黑磷独特的非线性光学性质、各向异性光学性质及它在光电器件中的应用.最后,对黑磷的应用前景与一些亟待解决的问题做了简单的讨论.
关键词:
二维材料
,
黑磷
,
制备
,
光学性质
,
光电器件
戴明金
,
高峰
,
杨慧慧
,
胡云霞
,
胡平安
材料科学与工艺
doi:10.11951/j.issn.1005-0299.20170084
石墨烯和类石墨烯二维半导体材料因其独特的物理化学性质受到研究人员的广泛关注,将二者结合组成的石墨烯基二维垂直异质结近年来备受研究者的青睐.本文简要介绍了石墨烯基二维垂直异质结的基本概念和性质,综述了石墨烯基二维垂直异质结制备技术的最新进展情况,对比分析了不同制备方法各自的优缺点,总结了石墨烯基二维垂直异质结在光电子学器件应用的最新进展.最后对石墨烯基二维垂直异质结的研究和发展方向做了展望.
关键词:
石墨烯
,
二维材料
,
异质结
,
光电子
孔建飞
,
程文龙
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(17)62801-8
燃料电池可以在接近室温条件下将氢或烃类中蕴含的巨大化学能通过电化学途径直接转化为清洁、稳定、可持续的电能,因而被视为极有前景的、能够满足日益增长的世界能源需求的终极解决方案之一.在一个典型的氢燃料电池中,氢在正极氧化而氧在负极还原,从动力学角度说,氧还原反应(ORR)比氢氧化反应进行的慢得多.无论是在酸性还是碱性条件下,氧的还原都可以一个四电子过程或是两个双电子过程进行,当然在酸性和碱性环境中反应的机理不同.铂一直是最有效的ORR催化剂,但受到价格昂贵、稳定性差和易中毒等因素的制约,目前非铂催化剂成为越来越引人瞩目的发展方向.本综述试图从分子催化剂、金属纳米材料催化剂、金属氧化物催化剂和新兴的二维材料催化剂等方面,选取近十年来最能代表ORR电化学催化剂方面成就的例子分析其优缺点,并为今后该领域的研究提供一些有益的思路.典型的分子催化剂是卟啉类化合物,当这种四齿的N4配体与过渡金属特别是铁、钴络合时,往往显示出良好的ORR催化性能,多数情况下其中的过渡金属中心、配体和碳支撑体系共同组成催化剂的活性中心.在另一些报道中,邻菲罗啉或是连吡啶型N2化合物也可以作为配体使用.第四和第五副族的很多金属形成的不同价态的氧化物都具有氧还原活性,比如MnOx,CoOx,TiOx,ZrOx,IrOx等.金属氧化物表现出易于修饰,不容易团聚和抗腐蚀等诸多优点,而其良好的ORR性能与表面的缺陷密切相关,因此钙钛矿型氧化物ABOx也引起人们的广泛关注,人们可以通过调节氧化物的晶型、尺寸和组成来获得更好的催化性能.近年来随着液相合成技术的发展,人们可以制备出理想形状和尺寸的单分散纳米粒子,然后通过旋涂、自组装等手段将其修饰到合适的电极上以获得增强性能的ORR催化剂.通过形状与尺寸调控,或组合成其它复杂的纳米结构,都有可能提高催化活性或是稳定性,因此有关纳米催化剂的研究日趋增多.在此基础上,考虑到石墨烯的可修饰性和良好的电化学性能,纳米材料复合石墨烯所形成的二维或三维结构也可提供很好的氧还原催化性能,而MoS2代替石墨烯作为支撑物所构成的二维催化剂也是值得注意的研究方向.综上所述,尽管现有的非铂催化剂仍难以完全满足商业化的要求,设计理念和合成方法的快速发展有望在不远的将来解决这一难题.而设计合成可控尺寸、形状、组成和表面形貌的纳米催化剂在很大程度上将加速这一进程.
关键词:
氧还原反应
,
电催化剂
,
纳米材料
,
分子电催化剂
,
二维材料
朱丹丹
,
夏静
,
王磊
,
李玄泽
,
孟祥敏
影像科学与光化学
doi:10.7517/j.issn.1674-0475.2016.03.273
二维纳米材料具有独特的结构和优异的性能,在电子学及光电子学领域有广泛的应用前景,但关于硫化镉二维纳米材料的制备及性能研究还鲜有报道.本文首次采用范德华外延生长技术,在氟金云母片衬底上制备了硫化镉二维纳米片.通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、原子力显微镜、X射线粉末衍射仪和拉曼光谱仪等分析手段对产物的形貌、厚度、晶体结构、成分等进行了系统的研究.结果表明,纳米片具有六方纤锌矿晶体结构,尺寸约为几个微米,厚度约为几十纳米.范德华外延生长技术在硫化镉二维单晶纳米片制备上的成功应用,为其它二维非层状材料的制备提供了新的思路,并使其在高性能电子和光电子器件上的应用成为了可能.
关键词:
范德华外延
,
二维材料
,
硫化镉
,
非层状材料
,
光致发光
孙兰
,
张龙
,
马飞
中国材料进展
doi:10.7502/j.issn.1674-3962.2017.01.06
石墨烯的发现掀起了人们对二维晶体材料的探索热潮.单层或少数层过渡金属硫族化合物(TMDs)是二维晶体材料的典型代表,此类材料的带隙合适、电子迁移率和热导率高、光吸收强、比表面积大,在新型光电器件、光/电催化、锂离子电池电极、气体传感及生物医学等领域蕴藏着巨大的应用潜能.特别是,对于TMDs二维晶体与其他材料复合而成的纳米结构,强烈的界面耦合作用对材料物理和化学特性的调控至关重要,甚至可能导致新奇特性,预示着新功能和新应用.详细综述了TMDs二维晶体基复合材料的制备方法、结构与性能的界面调控及其潜在应用,并指出了该研究领域仍存在的问题及未来发展方向.
关键词:
二维材料
,
过渡金属硫族化合物
,
复合结构
,
耦合效应
张忠卫
,
陈杰
中国材料进展
doi:10.7502/j.issn.1674-3962.2017.02.09
受到石墨烯的成功制备及其优异性质的影响,新型二维材料的探索和研究成为近年来的研究热点,比如六角氮化硼、硅烯、黑磷以及过渡金属硫化物等,这些材料同样也展现出了优良的性质以及广阔的应用前景,比如在场效应管、光电器件以及清洁能源等领域.另一方面,随着电子元器件的不断小型化,器件中热耗散问题成为制约其性能的关键问题,特别是在微纳米尺度器件中,这使得对二维材料热传导性质的研究显得尤为重要.针对几种典型的二维材料,总结了热传导研究领域在理论计算以及实验测量方面的最新进展.这些二维材料由于其多样的结构特性和成键方式展现出各异的热传导性质,可从石墨烯中的高热导率(2500～5000 Wm-1 K-1)跨度到黑磷中较低的热导率(9 ～30 Wm-1K-1).此外,还特别分析了在二维材料中出现的一些独特物理现象,比如尺寸效应、掺杂和表面吸附效应以及基底效应等.最后,对二维材料的一些功能化应用研究进行了概括.
关键词:
二维材料
,
热耗散
,
热传导
,
石墨烯
,
尺寸效应
