二维材料综述---在能源领域的应用总结课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2020/3/14,#,二维材料综述,-,在能源领域的应用总结,二维材料综述-在能源领域的应用总结,1,引言,二维（,2D,）材料是厚度仅有一个原子或几个原子层，而电子在两个维度上自由运动的材料。其层内由较强的共价键或离子键连接，而层间则由作用力较弱的范德瓦耳斯力结合，因此,2D,材料而具有很多独特的特性与功能，在各个领域的广泛应用。,2D,纳米材料，包括石墨烯、过渡金属氧化物（,TMO,）纳米片、过渡金属二硫化物（,TMD,）纳米片、,Mxenes,等为储能技术的发展提供了新的选择。,2D,材料在储能方面的应用取得了很大进展，但直接使用这些材料仍然存在巨大挑战。比如电极制备时的自团聚倾向和低导电性；大多数,TMOs/TMDs,在反复充放电时的体积变化大，导致不可逆容量大，初始库仑效率低，容量衰减快等。对此，研究者也提出了相应的对策。,今天来总结一下,2D,材料在能源领域的应用以及研究进展的相关综述。,引言 二维（2D）材料是厚度仅有一个原子或几个原子层,2,1.Structural Engineering of 2D Nanomaterials for Energy Storage and Catalysis,该综述为余桂华教授及其团队发表于,Advanced Mterials,介绍了二维纳米材料结构工程的最新进展及其在储能和催化技术中的重要作用,DOI:10.1002/adma.201706347,1.Structural Engineering of 2,3,内容详解,2D,材料结构工程策略,相调节,杂原子掺杂,孔,/,洞工程,缺陷工程,层间嵌入,2D,异质结构,内容详解2D材料结构工程策略相调节,4,能源应用,内容详解,从氧化石墨烯（,GO,）纳米片开始，通过水热条件下的,H,2,O,2,蚀刻步骤获得,HGF,并用于超级电容器。,能源应用内容详解 从氧化石墨烯（GO）纳米片开始，通过水热,5,能源应用,内容详解,锚定过渡金属阳离子到,GO,模板，通过控制热处理形成最终氧化物，并除去,GO,模板，得到,TM,阳离子在,GO,上均匀分布的,2D,多孔结构。通过对比，发现其储锂性能得到明显改善。,能源应用内容详解 锚定过渡金属阳离子到GO模板，通过,6,2.2D materials for 1D electrochemical energy storage devices,该综述为悉尼大学,Yuan Chen,老师表于,Energy Storage Materials,总结了具有独特结构和性能的,2D,材料在,1D,柔性可穿戴电子器件中的储能应用,DOI:10.1016/j.ensm.2019.02.020,2.2D materials for 1D electro,7,内容详解,常用电化学储能机理示意图,a.,双电层电容,b.,赝电容,c.,锂离子电池,d-f 1D,储能电极,内容详解常用电化学储能机理示意图a.双电层电容,8,内容详解,rGO/SWCNT,混合电极,rGO/SWCNT,混合电极的制备及其形貌表征,内容详解rGO/SWCNT混合电极rGO/SWCNT混合电,9,内容详解,MnO,2,/CF,核壳纤维电极,纤维电极的制备,在,CF,纱线上直接电沉积超薄,2D MnO,2,纳米片，两个,MnO,2,/CF,电极平行放置并用,PVA/Na,2,SO,4,凝胶电解质分离。,内容详解MnO2/CF核壳纤维电极纤维电极的制备,10,内容详解,MXenes,纤维电极,通过将,CNT,板与,Ti3C,2,T,x,M,x,O,x,双组分轧制成柔性纱线电极，实现了,Mxene,最高质量负荷为,98%,，并展示出分别为,1083 F cm,-3,、,3188 mF cm,-2,、,428 F g,-1,和,118 mF cm,-1,的特定体积、空载、重量和线性电容,内容详解MXenes纤维电极通过将CNT板与Ti3C2Tx,11,3.,Strategies for improving the lithium-storage performanceof 2D nanomaterials,该综述为昆士兰大学,Ziqi Sun,老师表于,National Science Review,总结了提高,2D,纳米材料储锂性能的策略：,包括与导电材料的杂化、表面,/,边缘功能化和结构优化,DOI:10.1093/nsr/nwx077,3.Strategies for improving th,12,内容详解,策略,1,：与导电材料的杂化,(,石墨烯、碳纳米颗粒、碳纳米管、导电聚合物等,),作用：,提高导电性,缓解体积膨胀,内容详解策略1：与导电材料的杂化(石墨烯、碳纳米颗粒、碳纳米,13,内容详解,策略,2,：表面,/,边缘功能化,(,异质原子掺杂、离子嵌入以及空隙等,),作用,通过引入或消除某些原子、离子或键来改善其电子性质、界面结构或化学活性。,内容详解策略2：表面/边缘功能化(异质原子掺杂、离子嵌入以及,14,内容详解,策略,3,：结构优化,(,厚度调控、孔隙率调控和形貌调控等,),作用,通过细化层状纳米结构的表面形貌和结构，可以大大抑制二维纳米片的自聚集趋势并以高动力学的速度加速电解质与活性材料之间的电化学反应。,内容详解策略3：结构优化(厚度调控、孔隙率调控和形貌调控等),15,4.,2D Metal Chalcogenides Incorporated into Carbonand their Assembly for Energy Storage Applications,该综述为华东理工大学李春忠和江浩教授发表于,Small,总结了纳米杂化材料,2D,金属二硫化物及其在储能器件中的应用,DOI:10.1002/smll.201800148,4.2D Metal Chalcogenides Inco,16,内容详解,金属二硫化物的优缺点,优势：,层状结构,多电子反应,高容量,缺点：,易聚集团聚,低导电性,体积变化大,怎么解决？,内容详解金属二硫化物的优缺点优势：缺点：怎么解决？,17,内容详解,与碳纳米框架复合,作用,为了最大限度地提高,MCS,纳米片的利用率，减少,MCS,的尺寸并在碳框架中很好地分散。,内容详解与碳纳米框架复合作用,18,内容详解,基于多层,MCs/C,纳米杂化材料的自支撑负极,传统电极的缺点,：引入非活性组分和金属箔将大大降低电池的重量能量密度，绝缘 聚合物粘合剂还降低了电子转移速度。,自支撑电极优点,：一体化结构在构建高性能、稳定的独立电极方面发挥着重要作用。,内容详解基于多层MCs/C纳米杂化材料的自支撑负极传统电极的,19,内容详解,柔性衬底上,MCs/C,纳米杂化材料的组装,优势,纳米结构组装在柔性电流收集器上,可以获得高性能和稳定的柔性电极,内容详解柔性衬底上MCs/C纳米杂化材料的组装优势,20,鉴于篇幅，在这里仅详细介绍以上综述，其他的综述列表如下：,(1),Applications of 2D MXenes in energy conversion and storage systems.,(Chem.Soc.Rev.,2019.,DOI:10.1039/c8cs00324f),(2).Holey 2D Nanomaterials for Electrochemical Energy Storage.Atomic-Scale Structural Modification of 2D Materials.,（,Adv.Energy Mater.2018,DOI:10.1002/aenm.201702179,）,(3).2D Materials Beyond Graphene for High,Performance Energy Storage Applications,（,Adv.Energy Mater.2016,DOI:10.1002/aenm.201600671,）,(4).Two-dimensional MXenes for Energy Storage.,（,Chemical Engineering Journal.2017,DOI:10.1016/j.cej.2017.12.155,）,(5).Two dimensional bismuth-based layered materials for energy-related applications(Energy Storage Materials.2019.DOI:10.1016/j.ensm.2019.03.021),(6).2D Black Phosphorus:from Preparation to Applications for,Electrochemical Energy Storage.,（,Advanced Science.2018,DOI:10.1002/advs.201700491,）,(7).Two-dimensional transition metal dichalcogenide hybrid materials for energy applications.(Nano Today.2018.DOI:10.1016/j.nantod.2018.02.007),鉴于篇幅，在这里仅详细介绍以上综述，其他的综述列表如下：,21,