金屬相二硫化鉬在能量儲(chǔ)存與轉(zhuǎn)化中的應(yīng)用進(jìn)展
發(fā)布時(shí)間：2021-08-28 02:58
金屬相二硫化鉬具有較大的層間距、較高的導(dǎo)電率以及豐富的活性位點(diǎn),在能量儲(chǔ)存與轉(zhuǎn)化領(lǐng)域顯示出廣闊的應(yīng)用前景。本文綜述金屬相二硫化鉬在能量儲(chǔ)存與轉(zhuǎn)化中的研究進(jìn)展。首先介紹金屬相二硫化鉬的晶體結(jié)構(gòu)與電子結(jié)構(gòu),概述金屬相二硫化鉬的制備方法,即自上而下（鋰插層剝離法）和自下而上（溶劑/水熱法）等。然后總結(jié)金屬相二硫化鉬及其復(fù)合材料在能量儲(chǔ)存與轉(zhuǎn)化領(lǐng)域如氫析出反應(yīng)、鋰（鈉）離子電池和超級(jí)電容器中的應(yīng)用進(jìn)展。最后指出目前金屬相二硫化鉬還存在合成工藝不可控和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差等問題,而對(duì)其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)之間的深入研究有望從根本上改善金屬相二硫化鉬的性能及其在能量儲(chǔ)存與轉(zhuǎn)化領(lǐng)域中的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
【文章來源】：材料工程. 2020,48(09)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：13 頁
【部分圖文】：
MoS2的晶體結(jié)構(gòu)與電子結(jié)構(gòu)
將2H-MoS2轉(zhuǎn)變?yōu)?T-MoS2是解決2H-MoS2基面催化惰性的一個(gè)有效方法。近幾年,化學(xué)剝離的單層1T-MoS2已被證明是非常有效的HER催化劑[36]。Lukowski等[57]首次通過化學(xué)插層剝離法制備出了單層1T-MoS2,電化學(xué)結(jié)果表明,在10 mA·cm-2的電流密度下,其過電位為-187 mV(相對(duì)于可逆氫電極),Tafel斜率為43 mV·dec-1。相比之下,未剝離的MoS2表現(xiàn)出較大的過電位(-320 mV)和塔菲斜率(110 mV·dec-1)。這種單層1T-MoS2納米片具有更高的導(dǎo)電性、更快的動(dòng)力學(xué)及更多的活性位點(diǎn)。在制備出1T-MoS2的基礎(chǔ)上,再對(duì)其加以控制,可以獲得活性位點(diǎn)暴露更充分的1T-MoS 2 [59] 。Xie等[30]通過控制1T-MoS2的無序程度,產(chǎn)生不同數(shù)量的不飽和硫(S)原子,提供不同數(shù)量的活性位點(diǎn);同時(shí)通過氧的摻入,減小其帶隙提高電導(dǎo)率,導(dǎo)致HER活性的顯著增強(qiáng)。Yin等[60]采用液氨輔助鋰化路線合成了多孔MoS2納米片(P-1T-MoS2)(圖2(a)),系統(tǒng)地研究了晶相、邊緣和S空位對(duì)5種典型的MoS2納米片的HER催化活性的影響。研究表明,不僅晶相對(duì)MoS2的電催化起著作用,邊緣和S空位也對(duì)其有顯著貢獻(xiàn)。P-1T-MoS2實(shí)現(xiàn)了優(yōu)異的HER催化活性,其比普通1T-MoS2具有更多的邊緣和S空位。在10 mA·cm-2的電流密度下,具有153 mV的極低過電位,以及43 mV·dec-1的低Tafel斜率,如圖2(b)和2(c)所示。此項(xiàng)工作揭示了影響MoS2催化活性的關(guān)鍵因素,為以后的研究提供了方向。
最近,在三維電極上原位生長電催化劑,這種一體化電極具有強(qiáng)大的化學(xué)相互作用,使界面接觸和長期穩(wěn)定性優(yōu)于粉末狀電催化劑。Zhu等[58]采用溶劑熱法在石墨烯保護(hù)的Ni泡沫上原位生長花狀1T-MoS2納米片(1T-MoS2/G/NF)(圖3(a)),通過化學(xué)氣相沉積(CVD)在Ni泡沫上的石墨烯不僅增強(qiáng)了其在酸中的穩(wěn)定性,還促進(jìn)了從催化材料到3D支撐骨架的快速電荷轉(zhuǎn)移。1T-MoS2納米片電極仍保持了大孔特征,這有利于連續(xù)的氣體釋放和更多活性位點(diǎn)的暴露。電化學(xué)性能表明,在10 mA·cm-2的電流密度下,1T-MoS2/G/NF電極具有117 mV的過電位、38 mV·dec-1的低Tafel斜率和56 μA·cm-2的大交換電流密度(圖3(b)～(d))。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]二硫化鉬基納米材料在電化學(xué)傳感/析氫領(lǐng)域的研究進(jìn)展[J]. 朱剛兵,張得鵬,錢俊娟. 材料工程. 2019(06)
[2]石墨烯復(fù)合材料的制備及應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 楊文彬,張麗,劉菁偉,劉歡銳,唐兵華. 材料工程. 2015(03)
[3]石墨烯的電子結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用進(jìn)展[J]. 梁彤祥,劉娟,王晨. 材料工程. 2014(06)
[4]類石墨烯過渡金屬二硫化物的研究進(jìn)展[J]. 劉洋洋,陳曉冬,王現(xiàn)英,鄭學(xué)軍,楊俊和. 材料導(dǎo)報(bào). 2014(03)
本文編號(hào)：3367649
【文章來源】：材料工程. 2020,48(09)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：13 頁
【部分圖文】：
MoS2的晶體結(jié)構(gòu)與電子結(jié)構(gòu)
將2H-MoS2轉(zhuǎn)變?yōu)?T-MoS2是解決2H-MoS2基面催化惰性的一個(gè)有效方法。近幾年,化學(xué)剝離的單層1T-MoS2已被證明是非常有效的HER催化劑[36]。Lukowski等[57]首次通過化學(xué)插層剝離法制備出了單層1T-MoS2,電化學(xué)結(jié)果表明,在10 mA·cm-2的電流密度下,其過電位為-187 mV(相對(duì)于可逆氫電極),Tafel斜率為43 mV·dec-1。相比之下,未剝離的MoS2表現(xiàn)出較大的過電位(-320 mV)和塔菲斜率(110 mV·dec-1)。這種單層1T-MoS2納米片具有更高的導(dǎo)電性、更快的動(dòng)力學(xué)及更多的活性位點(diǎn)。在制備出1T-MoS2的基礎(chǔ)上,再對(duì)其加以控制,可以獲得活性位點(diǎn)暴露更充分的1T-MoS 2 [59] 。Xie等[30]通過控制1T-MoS2的無序程度,產(chǎn)生不同數(shù)量的不飽和硫(S)原子,提供不同數(shù)量的活性位點(diǎn);同時(shí)通過氧的摻入,減小其帶隙提高電導(dǎo)率,導(dǎo)致HER活性的顯著增強(qiáng)。Yin等[60]采用液氨輔助鋰化路線合成了多孔MoS2納米片(P-1T-MoS2)(圖2(a)),系統(tǒng)地研究了晶相、邊緣和S空位對(duì)5種典型的MoS2納米片的HER催化活性的影響。研究表明,不僅晶相對(duì)MoS2的電催化起著作用,邊緣和S空位也對(duì)其有顯著貢獻(xiàn)。P-1T-MoS2實(shí)現(xiàn)了優(yōu)異的HER催化活性,其比普通1T-MoS2具有更多的邊緣和S空位。在10 mA·cm-2的電流密度下,具有153 mV的極低過電位,以及43 mV·dec-1的低Tafel斜率,如圖2(b)和2(c)所示。此項(xiàng)工作揭示了影響MoS2催化活性的關(guān)鍵因素,為以后的研究提供了方向。
最近,在三維電極上原位生長電催化劑,這種一體化電極具有強(qiáng)大的化學(xué)相互作用,使界面接觸和長期穩(wěn)定性優(yōu)于粉末狀電催化劑。Zhu等[58]采用溶劑熱法在石墨烯保護(hù)的Ni泡沫上原位生長花狀1T-MoS2納米片(1T-MoS2/G/NF)(圖3(a)),通過化學(xué)氣相沉積(CVD)在Ni泡沫上的石墨烯不僅增強(qiáng)了其在酸中的穩(wěn)定性,還促進(jìn)了從催化材料到3D支撐骨架的快速電荷轉(zhuǎn)移。1T-MoS2納米片電極仍保持了大孔特征,這有利于連續(xù)的氣體釋放和更多活性位點(diǎn)的暴露。電化學(xué)性能表明,在10 mA·cm-2的電流密度下,1T-MoS2/G/NF電極具有117 mV的過電位、38 mV·dec-1的低Tafel斜率和56 μA·cm-2的大交換電流密度(圖3(b)～(d))。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]二硫化鉬基納米材料在電化學(xué)傳感/析氫領(lǐng)域的研究進(jìn)展[J]. 朱剛兵,張得鵬,錢俊娟. 材料工程. 2019(06)
[2]石墨烯復(fù)合材料的制備及應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 楊文彬,張麗,劉菁偉,劉歡銳,唐兵華. 材料工程. 2015(03)
[3]石墨烯的電子結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用進(jìn)展[J]. 梁彤祥,劉娟,王晨. 材料工程. 2014(06)
[4]類石墨烯過渡金屬二硫化物的研究進(jìn)展[J]. 劉洋洋,陳曉冬,王現(xiàn)英,鄭學(xué)軍,楊俊和. 材料導(dǎo)報(bào). 2014(03)
本文編號(hào)：3367649
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