超级电容器中的二维材料

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.     

二维MXene材料在超级电容应用的研究进展

二维过渡金属碳/氮化物(MXene)具有类石墨烯的结构,微观上呈现片层状和多种表面基团,因此具有良好的导电性、离子传输和高亲水性能,并且成为超级电容器的理想电极材料。但MXene层与层容易坍塌、堆叠与官能团的存在,不利于作为电极材料的性能。通过热处理、离子插层和与碳复合等方法提高其电化学性能拥有巨大的应用前景。首先总结了MXene材料的制备方法,然后概述了表面改性和结构优化等对MXene超级电容器的电化学性能的影响,展望了MXene材料在超级电容器上的研究前景。     

超级电容器中的二维材料

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。     

新型二维材料光催化与电催化研究进展

二维材料以其丰富多样的性能受到广泛关注。该类材料具有极高的比表面积,可以作为光催化剂和电催化剂,在环境领域和可再生能源领域具有较大的开发和应用前景。本文综述了三种新型二维材料的结构性能,即二维过渡金属碳/氮化物(MXenes)、类石墨相氮化碳(g-C₃N₄)以及黑磷(BP)在光催化或电催化领域的研究进展及改性方式;对二维材料催化性能的改性进行了总结,并展望了今后的研究方向。     

新型二维层状材料MXene在超级电容器上的研究与应用进展

二维过渡族金属碳化物/氮化物(MXene)是二维材料家族的新兴成员,通过液相刻蚀等方法移除MAX相的A层得来.独特的二维结构及表面化学组成,使其表现出了良好的金属导电性、亲水性、优异的柔韧性及离子可插层性,在超级电容器研究与应用领域展现了巨大的潜力,受到了广泛关注.但是MXene仍存在诸多问题.首先,片层容易发生堆叠,...     

二维材料MXene的储能性能与应用

能量存储和转化器件是现代社会的重要基础。随着清洁能源、便携式电子设备及电动汽车的快速发展,人们对储能器件性能的要求越来越高。储能材料是决定储能器件性能的重要因素。通常,储能材料需满足具有可逆的氧化还原反应、易于电解液离子脱嵌、尽可能多地提供氧化还原位点、良好的导电能力等要求。近年来,二维材料因比表面积大、离子传输路径短等特点而得到广泛关注,在储能领域也具有巨大的发展潜力。只有原子量级厚度的二维材料,表面活性位点多,力学性能优良,正契合储能器件对电极材料的要求。MXene是一类新型二维材料,通式为Mn+1XnTx,其中M代表过渡族金属元素,X为碳和/或氮,T代表MXene在制备过程中产生的官能团(-F、-OH、-O等),n一般为1～4。自2011年首次报道以来,MXene在储能领域就被寄予厚望。MXene含有碳原子层,所以具有类似石墨烯的良好导电性;而过渡金属层使其表现出类似过渡金属氧化物的性能;同时,表面多样的官能团赋予MXene良好的亲水性。这种独特的性能组合,使得MXene电荷响应速度快,具有赝电容特征且循环性能稳定,成为储能领域的研究焦点。另外,便携式储能器件要求更高的体积容量与体积能量密度,而MXene与碳基电极材料相比堆积密度高,可有效降低器件体积,拓展应用范围。目前,MXene及其复合材料已经在超级电容器、锂/钠/镁离子二次电池、锂硫电池、锌-空气电池、储氢等诸多储能领域展现出实用价值。但是,MXene容易发生塌陷和堆垛,影响其作为电极材料的性能。因此,需将MXene进行插层、改性、掺杂或与其他材料复合,以阻止MXene堆叠,减小离子扩散阻力,并增加离子吸附位点,从而提高其电化学性能。而且,不同的能量存储和转化装置对MXene的合成方法和结构特征有不同的要求,鉴于MXene能源应用相关研究的大量呈现,有必要对其进行全面总结与分析,以期推动MXene在该领域的发展。本文旨在综述MXene在制备、结构、性能及其在储能方面的最新研究动态与发展方向,并讨论面临的挑战。     

二维纳米材料MXene的研究进展

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M_(n+1)X_nT_x,其中M代表早期过渡族金属,X代表碳和/或氮,T_x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。     

二维晶体材料MXene的电化学应用研究进展

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+1XnT(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Ti3C2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。     

基于生物质制备二维炭材料的研究进展

二维材料通常具有层状、片状、或是条带状的独特微观结构,由于这种特殊的结构,使二维材料具有优异的光学、力学、电学等性能。生物质炭材料因其具有高导电性、大的比表面积且环保、廉价等优点成为储能器件研究方向的热点。基于生物质二维炭材料在锂离子电池以及超级电容器领域的应用,综述了其研究进展,并对生物质二维炭材料的研究前景进行展望。     

同步氨化/碳化法制备MXene/C平面多孔复合电极

MXene是一种新型二维过渡金属碳/氮化物,具有优异电化学性能的赝电容型超级电容器电极材料。本研究尝试用同步氨化/碳化制备MXene平面多孔电极。以滤纸为多孔平面模板,通过浸渍-烘干的手段把MXene固定在滤纸的纤维上,然后在氨气的气氛中热处理,得到了MXene/C平面多孔复合电极。分析结果表明:MXene纳米片均匀包覆在由滤纸碳化形成的碳纤维上。当浸渍5次时,在2 m V/s的扫速下测试,制备出的复合电极的面积比电容达到403 m F/cm²。在电流密度为10 m A/cm²下进行恒流充放电循环测试2500次后,比电容仍然与初始电容几乎相同,表现出良好的倍率性能和循环稳定性。在不使用高分子粘合剂和金属集流体的情况下,同步氨化/碳化法制备出的MXene/C平面多孔复合电极表现出优良的电化学性能。     

二维材料MXene在水处理领域的应用

MXene是一类新兴二维(2D)结构的过渡金属碳/氮化物材料,具有独特的层状结构、亲水性、高导电性和催化活性等特点,在水处理领域受到越来越多的关注.首先介绍了MXene及其合成方法,综述了MXene在吸附、光催化和膜分离等方面的应用.其次讨论了MXene的结构调控、表面改性以及复合等对MXene吸附性能的影响机制和有效异质结的形成、活性晶面的暴露以及贵金属沉积等对MXene基光催化剂催化性能的影响机制;详述了构建高效分离污染物、淡化海水的MXene基分离膜的方法.最后归纳并分析了目前MXene在水处理领域应用中存在的问题,对如何设计性能优异的MXene基水处理材料提出了展望.     

MXene及其复合吸波材料的制备与性能研究进展

信息时代迅猛发展的同时也给人们带来了日益严重的电磁污染问题,发展先进微波吸收材料不仅可以减少电磁波污染,也对军事安全有着重要意义.MXene是一种新型二维材料,独特的二维结构、丰富且可控的表面官能团、高比表面积、高导电率和低密度等特点使其成为一种理想的高性能微波吸收材料.本文讨论了MXene及其复合吸波材料的制备方法,...     

Space-confined vapor deposition synthesis of two dimensional materials

Two dimensional (2D) nanomaterials are promising fundamental building blocks for use in the next-generation semiconductor industry due to their unique geometry and excellent (opto)-electronic properties. However, large scale high quality fabrication of 2D nanomaterials remains challenging. Thus, the development of controllable fabrication methods for 2D materials is essential for their future practical application. In this review, we will discuss the importance of the space-confined vapor deposition strategy in the controllable fabrication of 2D materials and summarize recent progress in the utilization of this strategy for the synthesis of novel materials or structures. Using this method, various high quality ultrathin 2D materials, including large-area graphene and boron nitride, ReS₂/ReSe₂, HfS₂, pyramid-structured multilayer MoS₂, and the topological insulators Bi₂Se₃ and Bi₂Te₃, have been successfully obtained. Additionally, by utilizing van der Waals epitaxy growth substrates such as mica or other 2D materials, patterned growth of 2D nanomaterials can be easily achieved via a surface-induced growth mechanism. Finally, we provide a short prospect for future development of this strategy.

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On the preparation and electrical properties of PtSb2

The preparation and the Czochralski growth of single crystals of PtSb₂ by a liquid encapsulation technique is described. Conductivity and Hall effect measurements have been made in the temperature range 20 to 300° K. It is found that the material is n-type, with a carrier concentration of about 6 × 10¹⁶/cm³, the ratio of electron to hole mobility, _e/ _h, is 0.57 at 110° K, and the electron mobility has a maximum value of 2100 cm²/V sec at 50° K. The thermal energy gap is 0.112 eV.     

Hygroscopic properties of cellulose materials for electrical insulation

Results are shown of an experimental study concerning the hygroscopic properties of cellulose materials for electrical insulation under low water vapor pressure.Translated from Inzhenerno-Fizicheskii Zhurnal, Vol. 24, No. 5, pp. 868–875, May, 1973.     

吸声材料制备、性能研究进展

近年来,吸声材料的发展突飞猛进,在交通建筑等邻域应用广泛.综述了吸声材料的特点和研究进展,探讨了基本吸声原理.此外,从吸声材料的制备入手,着重介绍了多孔吸声材料、共振吸声材料和复合吸声材料各自的吸声特性及材料结构的研究进展;如何利用材料内部结构的改善实现高效降噪是吸声材料科研领域研究的重点方向;最后提出了如何将声学材料...     

制备工艺对PAR电双稳薄膜电特性的影响

采用真空蒸发的方法将有机电双稳材料PAR制成Al/PAR/Al夹层结构.详细研究了薄膜厚度、电极面积、退火处理和自然放置等因素对薄膜电性能的影响.结果表明,采用适当的工艺,能够获得性质均匀、电特性良好的电双稳薄膜(转变电压的分散性小于10%,延迟时间基本小于5μs,转变时间在20ns左右).Al/PAR/Al结构可以简单等效为电阻与电容的并联,而退火与自然放置将使薄膜结构趋于稳定.     

Hydrogen storing and electrical properties of hyperbranched polymers-based nanoporous materials

Hydrogen storage and electrical properties of different hyperbranched polymer systems beside a nanocomposite are studied. The polymers examined are aliphatic hyperbranched poly urea (P-Urea), polyamide amine (PAMAM) and polyamide amine/vanadium oxide (PAMAM/VO_x) nanocomposite. At 80 K and up to 20 bar hydrogen pressure, the hydrogen storage capacity of hyperbranched P-Urea reached 1.6 wt%, 0.9 wt% in case of PAMAM and 0.6 wt% for VO_x. The hydrogen storage capacity significantly enhanced when PAMAM and VO_x form a nanocomposite and increased up to 2 wt%. At 298 K and up to 20 bar, all the samples did not show measurable hydrogen uptake. Electrical properties of the samples are also investigated; the measurements showed complete insulating behavior at hydrogenation measuring temperature. These investigations ensure that the polymer conductivity does not play a role in hydrogen uptake, also hyperbranched polymers are promising materials for hydrogen storage.     

新型二维材料MXene的研究进展

MXene是一种新型的二维过渡金属碳化物或碳氮化物, 具有类似石墨烯的二维结构, 其化学通式是M_n+1X_nT_z, n = 1, 2, 3, 其中M为早期过渡金属元素, X为碳或氮元素, T为表面链接的F^-、OH^-、O^2-等活性官能团。通过化学液相法可以选择性蚀刻掉MAX相中的A元素得到相应的MXene相。现今较为成熟的制备方法是HF蚀刻法。对MXene的结构与性能进行的第一性原理计算表明, 其具有独特的二维层状结构、较大的比表面积及良好的导电性、稳定性、磁性能和力学性能, 已广泛应用于储能、催化、吸附等多处领域。本文综述了类石墨烯二维材料MXene的理论、制备和应用方面的研究进展, 并对现有挑战和未来发展提出了建议。随着研究的进一步深入, MXene将被应用于更广泛的领域。     

粘结纳米复相磁性材料制备及性能的研究

采用磁粉晶化和粘结工艺制备纳米复相磁材的方法，研究了热处理工艺和粘结剂含量对纳米晶磁体磁性能的影响，结果表明热处理温度、热处理时间、粘结剂含量明显的影响纳米晶的形成及其磁性能。热处理为700℃、粘结剂含量在2％～3％（质量分数）时，纳米复合磁体可以获得较好的磁性能。该研究方法工艺简单，成本较低，具有一定的实用价值。