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李婷婷博士在纳米能源与催化材料领域取得新进展

作者:何伟伟 朱聪旭  发布时间:2022-12-20  访问次数:[]

近日,我院李婷婷博士在纳米能源与催化材料领域取得重要进展。相关研究成果以第一作者分别Two-dimensional materials for electrocatalysis and energy storage applications(DOI: 10.1039/D2QI01911F)Hydrogen bond stabilized β-Ni(OH)x-SO4 interlaminar materials for highly active supercapacitors (DOI: 10.1039/D2QI01992B)为题发表在中国化学会(CCS)、北京大学和英国皇家化学会(RSC)联合创办的Inorganic chemistry frontiers》杂志上,该杂志目前影响因子为7.78,中科院一区top期刊。

2003 年发现石墨烯以来,二维 (2D) 材料(从绝缘体、半导体到导体)因其不同于大块材料的独特性质而受到深入研究。原子级厚度的二维结构赋予此类材料较大的表面积、有利的电荷转移平面和特殊的量子尺寸效应。独特的物理化学、光学和电子特性、高导热性和机械强度,以及电子限制效应使2D材料具有广泛的应用潜力,包括光/电催化、储能晶体管和传感器等。迄今为止,除石墨烯外,已有数百种2D材料被成功制备成一个巨大的二维库,如2D过渡金属二硫化物(TMDs)、2D层状双氢氧化物(LDHs)、2D金属有机骨架(MOFs)、2D过渡金属碳化物/碳氮化物( MXenes)、过渡金属氧化物 (TMO)、石墨碳氮化物、磷、硅烯、六方氮化硼、2D金属和2D钙钛矿,以及2D聚合物和共价有机化合物 (COF),所有相关的2D材料如1所示

1 各种类型二维材料汇总图

李婷婷博士重点关注新型2D材料及其在电催化和能源领域的最新进展对其合理设计和应用发表系统性评论文章2D材料由主要分布在图1周期表中突出显示的不同族群的元素组成。随着理论预测和新技术的进步,具有多层堆叠和层间不同旋转角度的2D单材料正在不断发展,并且它们展示出有趣的新特性,有时会发现前所未有的特征,除了2D单元素材料外,大多数2D材料都是由IVB到VIII族的过渡金属形成的,因为它们具有丰富的价键配位能力。基于2D化合物构建异质结可以形成多种不同的组合,在许多领域都有广泛的应用。本文详细阐述了这些2D材料的基本特性,并讨论了使这些材料适合催化及年能源存储利用的活性或机制2)。

2 不同类型和配置的2D材料应用电催化及能源存储

更多内容,可以点击以下链接进行查看
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/QI/D2QI01911F
Inorganic Chemistry Frontiers, 2022, 9, 6008 - 6046


Ni(OH)2被认为是一种新兴的商用先进超级电容器电极材料,但Ni(OH)2结构不稳定和失活导致其循环寿命有限,极大地限制了其实际应用。为了增强Ni(OH)2结构稳定性,改善其电化学性能,团队结合结构和价态调控等方法,成功合成开发了多孔β-Ni(OH)x-SO4层间配合物(NSO)。NSO具有扩大的平面间距和面内多孔通道,从而为充放电提供了三维可接触结构的过程(图3)。插层SO42−可以在电荷输运过程中通过氢键保留NSO的层间距,有效地将电子驱动到NSO的费米能级附近,显著增强了样品的稳定性和导电性。刚性的层间空间和面内通道使NSO在3 A g−1时表现出212.5 mAh g−1的高比容量。组装的非对称超级电容器器件在796.9 W kg−1时显示出41.2 Wh kg−1的高能量密度,在4 A g−1大电流密度下循环10,000次后容量保持率高达86.8%。



                                             3 NSO结构表征分析


更多内容,可以点击以下链接进行查看

https://doi.org/10.1039/D2QI01992B

该研究工作得到了国家自然科学基金项目(51902281)、河南省科技攻关项目(212102210293)的大力支持


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