金属相二硫化钼在能量储存与转化中的应用进展
发布时间：2021-08-28 02:58
金属相二硫化钼具有较大的层间距、较高的导电率以及丰富的活性位点,在能量储存与转化领域显示出广阔的应用前景。本文综述金属相二硫化钼在能量储存与转化中的研究进展。首先介绍金属相二硫化钼的晶体结构与电子结构,概述金属相二硫化钼的制备方法,即自上而下（锂插层剥离法）和自下而上（溶剂/水热法）等。然后总结金属相二硫化钼及其复合材料在能量储存与转化领域如氢析出反应、锂（钠）离子电池和超级电容器中的应用进展。最后指出目前金属相二硫化钼还存在合成工艺不可控和结构稳定性差等问题,而对其结构和性质之间的深入研究有望从根本上改善金属相二硫化钼的性能及其在能量储存与转化领域中的实际应用价值。
【文章来源】：材料工程. 2020,48(09)北大核心EICSCD
【文章页数】：13 页
【部分图文】：
MoS2的晶体结构与电子结构
将2H-MoS2转变为1T-MoS2是解决2H-MoS2基面催化惰性的一个有效方法。近几年,化学剥离的单层1T-MoS2已被证明是非常有效的HER催化剂[36]。Lukowski等[57]首次通过化学插层剥离法制备出了单层1T-MoS2,电化学结果表明,在10 mA·cm-2的电流密度下,其过电位为-187 mV(相对于可逆氢电极),Tafel斜率为43 mV·dec-1。相比之下,未剥离的MoS2表现出较大的过电位(-320 mV)和塔菲斜率(110 mV·dec-1)。这种单层1T-MoS2纳米片具有更高的导电性、更快的动力学及更多的活性位点。在制备出1T-MoS2的基础上,再对其加以控制,可以获得活性位点暴露更充分的1T-MoS 2 [59] 。Xie等[30]通过控制1T-MoS2的无序程度,产生不同数量的不饱和硫(S)原子,提供不同数量的活性位点;同时通过氧的掺入,减小其带隙提高电导率,导致HER活性的显著增强。Yin等[60]采用液氨辅助锂化路线合成了多孔MoS2纳米片(P-1T-MoS2)(图2(a)),系统地研究了晶相、边缘和S空位对5种典型的MoS2纳米片的HER催化活性的影响。研究表明,不仅晶相对MoS2的电催化起着作用,边缘和S空位也对其有显著贡献。P-1T-MoS2实现了优异的HER催化活性,其比普通1T-MoS2具有更多的边缘和S空位。在10 mA·cm-2的电流密度下,具有153 mV的极低过电位,以及43 mV·dec-1的低Tafel斜率,如图2(b)和2(c)所示。此项工作揭示了影响MoS2催化活性的关键因素,为以后的研究提供了方向。
最近,在三维电极上原位生长电催化剂,这种一体化电极具有强大的化学相互作用,使界面接触和长期稳定性优于粉末状电催化剂。Zhu等[58]采用溶剂热法在石墨烯保护的Ni泡沫上原位生长花状1T-MoS2纳米片(1T-MoS2/G/NF)(图3(a)),通过化学气相沉积(CVD)在Ni泡沫上的石墨烯不仅增强了其在酸中的稳定性,还促进了从催化材料到3D支撑骨架的快速电荷转移。1T-MoS2纳米片电极仍保持了大孔特征,这有利于连续的气体释放和更多活性位点的暴露。电化学性能表明,在10 mA·cm-2的电流密度下,1T-MoS2/G/NF电极具有117 mV的过电位、38 mV·dec-1的低Tafel斜率和56 μA·cm-2的大交换电流密度(图3(b)～(d))。
【参考文献】：
期刊论文
[1]二硫化钼基纳米材料在电化学传感/析氢领域的研究进展[J]. 朱刚兵,张得鹏,钱俊娟. 材料工程. 2019(06)
[2]石墨烯复合材料的制备及应用研究进展[J]. 杨文彬,张丽,刘菁伟,刘欢锐,唐兵华. 材料工程. 2015(03)
[3]石墨烯的电子结构及其应用进展[J]. 梁彤祥,刘娟,王晨. 材料工程. 2014(06)
[4]类石墨烯过渡金属二硫化物的研究进展[J]. 刘洋洋,陈晓冬,王现英,郑学军,杨俊和. 材料导报. 2014(03)
本文编号：3367649
【文章来源】：材料工程. 2020,48(09)北大核心EICSCD
【文章页数】：13 页
【部分图文】：
MoS2的晶体结构与电子结构
将2H-MoS2转变为1T-MoS2是解决2H-MoS2基面催化惰性的一个有效方法。近几年,化学剥离的单层1T-MoS2已被证明是非常有效的HER催化剂[36]。Lukowski等[57]首次通过化学插层剥离法制备出了单层1T-MoS2,电化学结果表明,在10 mA·cm-2的电流密度下,其过电位为-187 mV(相对于可逆氢电极),Tafel斜率为43 mV·dec-1。相比之下,未剥离的MoS2表现出较大的过电位(-320 mV)和塔菲斜率(110 mV·dec-1)。这种单层1T-MoS2纳米片具有更高的导电性、更快的动力学及更多的活性位点。在制备出1T-MoS2的基础上,再对其加以控制,可以获得活性位点暴露更充分的1T-MoS 2 [59] 。Xie等[30]通过控制1T-MoS2的无序程度,产生不同数量的不饱和硫(S)原子,提供不同数量的活性位点;同时通过氧的掺入,减小其带隙提高电导率,导致HER活性的显著增强。Yin等[60]采用液氨辅助锂化路线合成了多孔MoS2纳米片(P-1T-MoS2)(图2(a)),系统地研究了晶相、边缘和S空位对5种典型的MoS2纳米片的HER催化活性的影响。研究表明,不仅晶相对MoS2的电催化起着作用,边缘和S空位也对其有显著贡献。P-1T-MoS2实现了优异的HER催化活性,其比普通1T-MoS2具有更多的边缘和S空位。在10 mA·cm-2的电流密度下,具有153 mV的极低过电位,以及43 mV·dec-1的低Tafel斜率,如图2(b)和2(c)所示。此项工作揭示了影响MoS2催化活性的关键因素,为以后的研究提供了方向。
最近,在三维电极上原位生长电催化剂,这种一体化电极具有强大的化学相互作用,使界面接触和长期稳定性优于粉末状电催化剂。Zhu等[58]采用溶剂热法在石墨烯保护的Ni泡沫上原位生长花状1T-MoS2纳米片(1T-MoS2/G/NF)(图3(a)),通过化学气相沉积(CVD)在Ni泡沫上的石墨烯不仅增强了其在酸中的稳定性,还促进了从催化材料到3D支撑骨架的快速电荷转移。1T-MoS2纳米片电极仍保持了大孔特征,这有利于连续的气体释放和更多活性位点的暴露。电化学性能表明,在10 mA·cm-2的电流密度下,1T-MoS2/G/NF电极具有117 mV的过电位、38 mV·dec-1的低Tafel斜率和56 μA·cm-2的大交换电流密度(图3(b)～(d))。
【参考文献】：
期刊论文
[1]二硫化钼基纳米材料在电化学传感/析氢领域的研究进展[J]. 朱刚兵,张得鹏,钱俊娟. 材料工程. 2019(06)
[2]石墨烯复合材料的制备及应用研究进展[J]. 杨文彬,张丽,刘菁伟,刘欢锐,唐兵华. 材料工程. 2015(03)
[3]石墨烯的电子结构及其应用进展[J]. 梁彤祥,刘娟,王晨. 材料工程. 2014(06)
[4]类石墨烯过渡金属二硫化物的研究进展[J]. 刘洋洋,陈晓冬,王现英,郑学军,杨俊和. 材料导报. 2014(03)
本文编号：3367649
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