二硫化钼基电极材料空间限域法制备研究进展
发布时间：2021-08-16 00:03
二硫化钼作为过渡金属硫化物由于其具有与石墨类似的结构,表现出优异的电学、化学、机械和热性能,因而备受关注。但制备高质量的二硫化钼仍是个巨大的挑战。采用空间限域法制备高性能的二硫化钼,是一种新型的合成策略,正逐渐被广泛接受。空间限域法能够有效制备具有特定形貌、少层、高反应活性边缘、单相的二硫化钼。总结了不同维度空间限域法制备二硫化钼,及其在锂离子电池、超级电容器、光电催化等方面的研究进展,同时对其前景做出了展望。
【文章来源】：硅酸盐学报. 2020,48(07)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
二硫化钼的结构示意图
一维空间限域法不仅能够实现不同形貌MoS2及MoS2复合材料的限域生长，同时也能够制备层间距增加的少层、小尺寸MoS2。如图2所示，Jung等[46]采用静电纺丝法实现了在介孔碳纳米纤维内限域生长出不同维度的Mo S2纳米片(Mo S2@MCNFs)，并研究了MoS2片的大小对材料结构及电化学性能的影响，指出小片状MoS2在介孔碳纳米纤维里的限域生长使得其层间距扩展、横向距离变短、离子嵌入势垒降低，电化学性能提高，用于锂/钠离子电池时，在1 A/g的电流密度下经过1 000次循环，容量分别为983和450 m A?h/g。Zhang等[47]采用静电纺丝的方法成功在碳纳米纤维管内限域生长出小尺寸剥离的MoS2纳米片(1D MoS2/CNFs)。这种独特的一维复合结构具有高的电导率，并避免了MoS2纳米片的堆叠，具有良好的柔韧性。1D MoS2/CNFs无需使用黏结剂就能直接用作锂离子电池负极材料，具有良好的容量(在0.1 A/g的电流密度下经过50次循环容量为700 m A?h/g)及倍率性能(在电流密度为1 A/g时经过200次循环容量为450 m A?h/g)。Zhu等[48]采用静电纺丝法在碳纳米线里限域生长出单层的MoS2片。一维空心碳材料的空间限域作用，不仅能够分散MoS2纳米片，避免了MoS2片的晶粒粗化，同时也能够限制充放电过程中反应产物的扩散，使得转化反应可逆。单层的MoS2片不仅能够缩短离子的传输距离，同时促进了界面处的可逆转化反应。这种原位的电化学反应几乎没有扩散和形核过程，能够实现更加有效的离子储存。此外，单层的MoS2片间的相互耦合作用能够缓解充放电过程中的膨胀，将该材料用于锂离子电池负极材料时，在10 A/g的电流密度下经过1 000次循环容量为661 m A?h/g；用于钠离子电池时具有良好的容量(在0.1 A/g电流密度下容量为854 m A?h/g)、倍率性能(1 A/g电流密度下容量为484 m A?h/g)和循环性能(10 A/g电流密度下循环100次，容量为253 m A?h/g)。增加MoS2的层间距、减少MoS2层数和横向尺寸可以提高其电化学性能。在转化反应过程中，减小Mo颗粒的尺寸能够获得大的界面接触，提供更多的反应活性位点。
Ma等[56]基于二维Ti3C2纳米空间限域反应调控，利用静电作用将钼的前驱体引入到十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)修饰的Ti3C2层间。如图3所示，在这种二维空间限域的作用下，1～3层MoS2纳米晶体通过Mo–C键牢牢固定在Ti3C2层间，实现了MoS2在Ti3C2层间的垂直生长。所得到的MoS2/Ti3C2杂化材料具有MoS2的高比容量特性和Ti3C2高功率特性，表现出优异的Li+/Na+储存动力学。在20 A/g的高电流密度下，储锂容量为340 m A?h/g。在1 A/g的电流密度下，储钠容量为310 m A?h/g，并具有长的循环寿命(>1 000次)。这种纳米级2D空间限域的合成方法为精确控制纳米材料的微观结构提供了可能。二维空间限域法除了能辅助层间插层、控制材料的微观结构外，对于合成单一相也起到了积极作用。金属相MoS2(1T-MoS2)能够提高电催化反应，但大都合成条件苛刻难以用常规方法合成，二维空间限域方法能够有效制备1T-MoS2。Chen等[57]采用二维空间限域法合成了具有高纯度金属相的1T-MoS2/NiS2复合材料(其中1T-Mo S2占Mo S2的质量分数为83%)。通过这种空间限域的方法获得的超薄1T-MoS2/NiS2纳米片在碱性溶液中表现出良好的电催化性能、高的析氢反应活性和优异的电化学稳定性，其起始电压为35 m V，在116 m V时电流密度为10 m A/cm2，为目前所报道的MoS2类材料的最高值。此外，这种空间限域方法能够适用于其它高纯过渡金属卤化物的制备。
【参考文献】：
期刊论文
[1]石墨烯负载超薄二硫化钼杂化材料的电催化析氢性能[J]. 郭树旺,高占勇,宋金玲,布林朝克,张邦文. 无机化学学报. 2019(07)
[2]水热法合成不同形貌的二硫化钼及其电容性能[J]. 白利忠,王彦辉,张增一,李方,魏建飞. 材料导报. 2017(16)
[3]水热法合成二硫化钼花状微球及其电容性能研究[J]. 李方,高玉伟,张志毅,刘亚青,赵东林,白利忠. 功能材料. 2017(03)
[4]二硫化钼纳米材料在光催化应用中的研究进展[J]. 黄飞,蒲雪超,冉濛,梁琦,赵辉,齐敏,闫爱华. 材料导报. 2016(15)
[5]纳米尺寸二硫化钼的制备与应用研究进展[J]. 崔向红,陈怀银,杨涛. 化学学报. 2016(05)
[6]石墨烯-二硫化钼复合负极材料的制备及性能研究[J]. 刘战强,唐宇峰,林天全,毕辉,于刘涛,黄富强. 无机材料学报. 2016(04)
[7]类石墨烯二硫化钼在锂离子电池负极材料中的研究进展[J]. 马晓轩,郝健,李垚,赵九蓬. 材料导报. 2014(11)
本文编号：3345180
【文章来源】：硅酸盐学报. 2020,48(07)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
二硫化钼的结构示意图
一维空间限域法不仅能够实现不同形貌MoS2及MoS2复合材料的限域生长，同时也能够制备层间距增加的少层、小尺寸MoS2。如图2所示，Jung等[46]采用静电纺丝法实现了在介孔碳纳米纤维内限域生长出不同维度的Mo S2纳米片(Mo S2@MCNFs)，并研究了MoS2片的大小对材料结构及电化学性能的影响，指出小片状MoS2在介孔碳纳米纤维里的限域生长使得其层间距扩展、横向距离变短、离子嵌入势垒降低，电化学性能提高，用于锂/钠离子电池时，在1 A/g的电流密度下经过1 000次循环，容量分别为983和450 m A?h/g。Zhang等[47]采用静电纺丝的方法成功在碳纳米纤维管内限域生长出小尺寸剥离的MoS2纳米片(1D MoS2/CNFs)。这种独特的一维复合结构具有高的电导率，并避免了MoS2纳米片的堆叠，具有良好的柔韧性。1D MoS2/CNFs无需使用黏结剂就能直接用作锂离子电池负极材料，具有良好的容量(在0.1 A/g的电流密度下经过50次循环容量为700 m A?h/g)及倍率性能(在电流密度为1 A/g时经过200次循环容量为450 m A?h/g)。Zhu等[48]采用静电纺丝法在碳纳米线里限域生长出单层的MoS2片。一维空心碳材料的空间限域作用，不仅能够分散MoS2纳米片，避免了MoS2片的晶粒粗化，同时也能够限制充放电过程中反应产物的扩散，使得转化反应可逆。单层的MoS2片不仅能够缩短离子的传输距离，同时促进了界面处的可逆转化反应。这种原位的电化学反应几乎没有扩散和形核过程，能够实现更加有效的离子储存。此外，单层的MoS2片间的相互耦合作用能够缓解充放电过程中的膨胀，将该材料用于锂离子电池负极材料时，在10 A/g的电流密度下经过1 000次循环容量为661 m A?h/g；用于钠离子电池时具有良好的容量(在0.1 A/g电流密度下容量为854 m A?h/g)、倍率性能(1 A/g电流密度下容量为484 m A?h/g)和循环性能(10 A/g电流密度下循环100次，容量为253 m A?h/g)。增加MoS2的层间距、减少MoS2层数和横向尺寸可以提高其电化学性能。在转化反应过程中，减小Mo颗粒的尺寸能够获得大的界面接触，提供更多的反应活性位点。
Ma等[56]基于二维Ti3C2纳米空间限域反应调控，利用静电作用将钼的前驱体引入到十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)修饰的Ti3C2层间。如图3所示，在这种二维空间限域的作用下，1～3层MoS2纳米晶体通过Mo–C键牢牢固定在Ti3C2层间，实现了MoS2在Ti3C2层间的垂直生长。所得到的MoS2/Ti3C2杂化材料具有MoS2的高比容量特性和Ti3C2高功率特性，表现出优异的Li+/Na+储存动力学。在20 A/g的高电流密度下，储锂容量为340 m A?h/g。在1 A/g的电流密度下，储钠容量为310 m A?h/g，并具有长的循环寿命(>1 000次)。这种纳米级2D空间限域的合成方法为精确控制纳米材料的微观结构提供了可能。二维空间限域法除了能辅助层间插层、控制材料的微观结构外，对于合成单一相也起到了积极作用。金属相MoS2(1T-MoS2)能够提高电催化反应，但大都合成条件苛刻难以用常规方法合成，二维空间限域方法能够有效制备1T-MoS2。Chen等[57]采用二维空间限域法合成了具有高纯度金属相的1T-MoS2/NiS2复合材料(其中1T-Mo S2占Mo S2的质量分数为83%)。通过这种空间限域的方法获得的超薄1T-MoS2/NiS2纳米片在碱性溶液中表现出良好的电催化性能、高的析氢反应活性和优异的电化学稳定性，其起始电压为35 m V，在116 m V时电流密度为10 m A/cm2，为目前所报道的MoS2类材料的最高值。此外，这种空间限域方法能够适用于其它高纯过渡金属卤化物的制备。
【参考文献】：
期刊论文
[1]石墨烯负载超薄二硫化钼杂化材料的电催化析氢性能[J]. 郭树旺,高占勇,宋金玲,布林朝克,张邦文. 无机化学学报. 2019(07)
[2]水热法合成不同形貌的二硫化钼及其电容性能[J]. 白利忠,王彦辉,张增一,李方,魏建飞. 材料导报. 2017(16)
[3]水热法合成二硫化钼花状微球及其电容性能研究[J]. 李方,高玉伟,张志毅,刘亚青,赵东林,白利忠. 功能材料. 2017(03)
[4]二硫化钼纳米材料在光催化应用中的研究进展[J]. 黄飞,蒲雪超,冉濛,梁琦,赵辉,齐敏,闫爱华. 材料导报. 2016(15)
[5]纳米尺寸二硫化钼的制备与应用研究进展[J]. 崔向红,陈怀银,杨涛. 化学学报. 2016(05)
[6]石墨烯-二硫化钼复合负极材料的制备及性能研究[J]. 刘战强,唐宇峰,林天全,毕辉,于刘涛,黄富强. 无机材料学报. 2016(04)
[7]类石墨烯二硫化钼在锂离子电池负极材料中的研究进展[J]. 马晓轩,郝健,李垚,赵九蓬. 材料导报. 2014(11)
本文编号：3345180
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