过渡族金属硫化物纳米管结构研发现状
过渡金属硫化物无机类富勒烯纳米材料的研究进展
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广 州化 工
２００７年 ３５卷 第 ４期
过渡 金 属硫 化 物 无 机 类 富勒 烯 纳 米材 料 的研 究进 展术
陈海芳 ，宋旭春 ，王 芸
（福 建 师范大 学化 学 系，福 州 ３５０００７）
摘 要 ：系统的介绍无机类富勒烯金属硫化物纳米管、纳米洋葱及其纳米复合物的结构、性质和应用。同时还介绍了 近年来 国际上无机类富勒烯金属硫 化物 纳米管 、纳米洋葱及其纳米复合 物的制备方法 的最新 进展 ，如气 一固相或气相 反应合 成 、模板技术 、激光溅射 、电弧放 电、热分解合成和超声波电化学合成方法等。
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍｅｔａｌ ｓｕｌｆｉｄｅｓ；ｉｎｏｒｇａｎｉｃ ｆｕｌｌｅｒｅｎｅ—ｌｉｋｅ（ＩＦ）；ｎａｎｏｍｅｔｅｒ
富勒烯碳和碳纳米管的发现为物理 、化学 、材料科学和纳 米 科学 开 辟 了全 新 的 研究 领 域 。 富勒 烯 和碳 纳 米 管 具 有 独 特
的拓 扑学 结 构 和优 异 的 物 理 化 学 性 能 ，得 到 ｒ极 大 的重 视 和 广 泛 的 研 究 。继 碳 富 勒 烯 和 碳 纳 米 管 的 发 现 ，１９９２年 Ｒ． Ｔｍｎｅ等…１首次在 Ｎａｔｕｒｅ上发表了具有类 富勒烯 和纳米 管结 构的 ｗｓｅ，１９９３年又报道 了无机类 富勒烯 的 Ｍ３ｓ，＿２ｊ，开 创了
＊基 金 项 目：福 建 省 自然 科 学 基金 （Ｎｏ：２００６Ｊ０１５３。Ｅ０６１０００６）资助 项 目。 作 者 简 介 ：陈 海芳 （１９７６一 ），男 ，硕 士 生 ，研 究 方 向 为无 机 类 富 勒 烯 纳 米材 料 。
Ａｂｓｔｒａｃｔ．Ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅｉｒ ｕｎｉｑｕｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ Ｆｕｌｌｅｒｅｎｅ—ｌｉｋｅ （ＩＦ）ｎａｎｏ－ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｈａｖｅ ａｔｔｒａｃｔｅｄ ｍｕｃｈ ａｔｔｅｎｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｍｅｔａｌ ｓｕｌｆｉｄｅｓ ＩＦ ｎａｎｏ－ｍａｔｅｒｉ— ａｌｓ，ｉ．ｅ．，ｎａｎｏｔｕｂｅｓ，ｎａｎｏ－ｏｎｉｏｎｓ ａｎｄ ｎａｎｏ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ｗｅｒｅ ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ．Ａｎｄ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｕｐ—ｔｏ－ｄａｔｅ ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｎ ｔｈｅ ｖａｒｉｏｕｓ ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｉｅｓ ｏｆ ｓｕｃｈ ＩＦ ｎａｎｏ－ｍ ａｔｅｒｉａｌｓ ｗｅｒｅ ａｌｓｏ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ，ｓｕｃｈ ａｓ ｇａｓ— ｏｌｉｄ ｐｈａｓｅ ｏｒ ｇａｓ ｐｈａｓｅ ｒｅａｃｔｉｏｎ，ｔｅｍ ｐｌａｔｅ ｇｒｏｗｔｈ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，ｌａｓｅｒ ａｂｌａｔｉｏｎ，ｔｈｅｒ ｍ ａｌ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｏｎ— ｉｃ ａｐｐｒｏａｃｈ．
二维层状过渡金属硫族化合物
二维层状过渡金属硫族化合物二维层状过渡金属硫族化合物研究与应用1. 引言在当今材料科学领域，二维层状过渡金属硫族化合物作为一类具有重要应用潜力的新型材料备受关注。
它们具有独特的结构和性质，在光电、磁学、能源等领域具有重要的潜在应用价值。
本文旨在通过对二维层状过渡金属硫族化合物的深度评估，探讨其在材料科学领域的发展和应用前景。
2. 二维层状过渡金属硫族化合物的基本概念二维层状过渡金属硫族化合物是一类具有层状结构的材料，主要由过渡金属和硫族元素组成。
其独特的二维结构赋予其一系列特殊的光学、电学、磁学和力学性质，使其在诸多领域具有广泛的应用潜力。
二维过渡金属二硫化物具有优异的光伏特性和储能性能，二维过渡金属氧化物则在催化和传感领域表现出卓越性能。
3. 二维层状过渡金属硫族化合物的研究进展近年来，科研人员对二维层状过渡金属硫族化合物进行了大量的研究，不断发现其新的性质和潜在应用。
以钼二硫化物（MoS2）为例，它在光电器件、催化剂、电子器件等方面都展现出卓越的应用潜力，并已经取得了一系列的研究进展。
钨二硫化物（WS2）、硒化铜（CuSe）、硒化铟（InSe）等二维层状过渡金属硫族化合物也引起了广泛的关注。
4. 二维层状过渡金属硫族化合物的应用前景基于其独特的结构和性质，二维层状过渡金属硫族化合物在光伏、催化、传感、电子器件等领域都展现出巨大的应用前景。
在光电领域，二维过渡金属硫族化合物具有优异的光电性能，可以用于制备高性能的光电器件；在能源领域，它们可以作为储能材料和光催化剂，实现能源的高效转化和存储；在传感领域，二维硫族化合物可以制备高灵敏度的传感器，用于检测环境污染物和生物分子等。
5. 个人观点和总结通过本文对二维层状过渡金属硫族化合物的深度评估，我深刻认识到这一类新型材料的巨大潜力和重要意义。
在未来的研究和应用中，需要继续深入挖掘其独特的性质，并开发新的制备和表征方法，以实现其在各个领域的广泛应用。
二维过渡金属二硫化物的电子器件应用研究
二维过渡金属二硫化物的电子器件应用研究近年来，二维材料作为一种新型材料在电子器件领域引起了广泛的关注与研究。
其中，二维过渡金属二硫化物（TMDCs）因其特殊的电子结构和优异的性能，在电子器件应用方面具有巨大的潜力。
本文将深入探讨二维过渡金属二硫化物的电子器件应用研究的最新进展。
一、TMDCs的特性及制备方法二维过渡金属二硫化物是一类由过渡金属与硫原子形成的二维材料，具有层状结构。
由于其独特的电子结构和高度可调控性，在电子器件应用方面呈现出许多独特的特性。
TMDCs材料的制备方法主要有机械剥离法、化学气相沉积法（CVD）和溶液剥离法等。
二、TMDCs的电子器件应用1. 逻辑门电子器件TMDCs材料具有优异的载流子运动性能和可调控的能带结构，使其成为逻辑门电子器件的理想候选材料。
通过利用TMDCs材料的双极性调控特性，可以实现高性能、低功耗的逻辑门电子器件的设计与制备。
2. 能谱传感器TMDCs材料的带隙能量高度可调控性，使其在能谱传感器领域具有广泛的应用前景。
通过对TMDCs材料进行掺杂或改变其形态，在能谱传感器中实现对特定气体或化学物质的高灵敏度检测。
3. 光电器件TMDCs材料在光电器件中的应用表现出了诸多优势，如高载流子迁移率、较高的量子效率和宽的光谱范围等。
通过将TMDCs材料与其他光电器件材料相结合，可以制备出高性能的太阳能电池、光电传感器等器件。
4. 功率电子器件由于TMDCs材料具有良好的电子传导性能和热导性能，因此在功率电子器件领域有广泛的应用前景。
利用TMDCs材料的优异电子性能和热传导性能，可以制备高效、高性能的功率放大器、开关和传输线等器件。
三、挑战与展望尽管TMDCs材料在电子器件应用方面显示出了巨大的潜力，但在实际应用中仍然面临一些挑战。
首先，材料的制备方法还需要进一步优化，以提高材料的质量和可扩展性。
其次，TMDCs材料的界面与电极之间的耦合效率仍然需要改进。
此外，TMDCs材料的长期稳定性和可靠性也需要进一步研究和解决。
二维纳米材料新进展
二维纳米材料新进展近年来，二维纳米材料在材料科学领域取得了重要的突破和进展。
二维纳米材料是指具有近乎二维结构的材料，通常由原子、分子或者纳米颗粒组成，具有特殊的电子、光学和力学性质。
二维纳米材料的研究领域广泛，包括碳纳米管、石墨烯、过渡金属二硫化物等。
下面将介绍几个二维纳米材料的新进展。
首先，石墨烯是二维纳米材料中最为研究热门的一种。
石墨烯是由单层碳原子按蜂窝状排列形成的。
其特殊的结构赋予了其独特的电子输运性质，使其成为高性能电子器件和光电器件的理想材料。
近年来，人们对石墨烯的研究重点从材料合成扩展到了功能化和应用开发。
研究者们通过控制石墨烯的厚度、形状和结构，实现了对其电子结构的调控。
利用石墨烯的局域化表面等离子体共振效应，可以实现表面增强拉曼散射，从而提高材料的光谱灵敏度。
此外，石墨烯在能源领域也有广泛的应用前景，例如，石墨烯基薄膜太阳能电池和储能器件等。
其次，过渡金属二硫化物也是二维纳米材料研究的热点之一、由于其特殊的电子和光学性质，过渡金属二硫化物在电子器件、光电器件、催化剂以及储能领域有着广泛的应用。
近年来的研究表明，通过合成单层或多层的过渡金属二硫化物，可以实现对其性能的精确控制。
例如，研究者们通过对过渡金属硫化物的合成条件和结构进行调控，实现了从半导体到金属的相变。
此外，二维过渡金属二硫化物的表面电子结构可通过离子液体来调节，从而控制其在催化剂和能源材料中的应用。
另外，碳纳米管也是近年来备受关注的二维纳米材料之一、碳纳米管是由一个或几个碳原子层以圆筒形方式卷曲而成的纳米材料。
碳纳米管以其特殊的电子和力学性质，在电子器件、传感器和储能器件等领域有着广泛的应用。
近年来的研究表明，通过调控碳纳米管的结构和直径，可以实现对其电子传输性质的精确调控。
此外，研究者们还通过改变碳纳米管结构的外部环境，实现了对其吸附和催化性能的调控。
这些研究为碳纳米管的应用开辟了新的途径。
综上所述，二维纳米材料的研究已经取得了重要的进展。
过渡族金属硫化物 场效应晶体管
过渡族金属硫化物场效应晶体管
过渡族金属硫化物（Transition Metal Dichalcogenides, TMDs）场效应晶体管是一种基于二维材料的新型电子器件。
这些材料，如二硫化钼（MoS2）和二硒化钨（WSe2）等，具有原子级别的厚度，因此它们在电子传输和场效应晶体管应用中显示出独特的优势。
一．特点：
１．二维结构：TMDs 的二维结构使其具有出色的电子和光学性质，特别是在纳米尺度上。
２．可调带隙：TMDs 的带隙可以通过改变材料的层数、应变或掺杂等方式进行调控，从而实现对电子行为的精确控制。
３．高迁移率：一些TMDs 材料表现出高电子迁移率，这对于提高场效应晶体管的性能至关重要。
４．柔韧性：由于其二维结构，TMDs 可以被制成柔性电子设备，适用于可穿戴技术和柔性显示屏等领域。
二．应用：
１．电子学：TMDs 场效应晶体管在逻辑电路、传感器和存储器等方面有潜在的应用价值。
２．光电子学：由于其独特的光学性质，TMDs 可用于制造光电探测器、发光二极管和太阳能电池等光电子器件。
３．生物医学：TMDs 的生物相容性和荧光性质使其在生物成像、药物传递和生物传感器等领域具有应用前景。
三．挑战与展望：
尽管TMDs 场效应晶体管具有许多优势，但仍面临一些挑战，如材料稳定性、大面积制备和器件集成等。
未来，随着材料科学和纳米技术的进步，TMDs 场效应晶体管有望在实际应用中发挥更大的作用。
微波法制备过渡金属硫化物的结构与性能研究
微波法制备过渡金属硫化物的结构与性能研究过渡金属硫化物是一类重要的功能材料，具有广泛的应用前景，例如电催化、电化学传感、光电催化、电子元器件等方面。
传统的合成方法多采用水热法、溶胶-凝胶法和氢氟酸法等，但这些方法需要长时间的热处理过程以及高温高压环境，且产物粒径难以控制，往往存在颗粒聚集和化学成分不均匀等问题。
相比之下，微波法具有反应速度快、均相度高和能耗低等优点，并在过渡金属硫化物的制备中展现出广泛的应用前景。
一、微波合成过渡金属硫化物微波合成的基本原理是通过微波辐射使反应体系产生温度和电场变化，进而提高反应速率和转化率。
微波辐射能够提高反应速度和均相度，因此在制备过渡金属硫化物过程中具有不可替代的优势。
目前，微波合成过渡金属硫化物的方法主要包括单模和多模微波反应器两类。
单模微波反应器是利用横向电磁场和反射器构成的封闭腔体，其反应容器为球形或圆柱形。
多模微波反应器则是利用多个输送反射器构成的封闭腔体，并且反应容器为板式或管式。
根据反应条件的不同，微波合成过渡金属硫化物的过程可以分为常温微波法和高温微波法两类。
二、微波合成过渡金属硫化物的反应机制微波反应是在电磁辐射的作用下实现的，其反应机制与传统的热反应机理存在显著的差异。
微波反应的基本特征是在海绵状的反应介质中均匀分布，有效地提高了反应的比表面积，且能够实现均匀加热和快速反应。
针对不同的微波合成方法，在过渡金属硫化物的制备过程中，通常采用化学还原反应、氧化还原反应和水热反应等机制。
以CuS为例，微波法可以较好地控制Cu2+的还原速度，使得反应完成后产物的粒度小、分散性好，并且具有高的光催化活性。
此外，微波辐射能够产生大的涡流、极化和介电损耗，有效地提高了反应速度和转化率。
三、微波合成过渡金属硫化物的结构与性能研究微波法合成的过渡金属硫化物，在粒度分布、晶体结构和性能方面具有一定的优势。
以多晶钼硫化物MoS2为例，常规合成方法通常需要长时间的退火过程，才能实现单晶生长，并且产物具有较大的堆积粒径和较大的晶界面，导致失活和电子迁移受阻，降低了其光电催化和电催化活性。
二维范德华过渡金属二硫属化物
二维范德华过渡金属二硫属化物二维范德华过渡金属二硫属化物（二维TMDCs）是一类具有重要应用潜力的纳米材料，近年来引起了广泛的关注和研究。
它们由层状的过渡金属结合硫属元素构成，具有特殊的电子和光学性质，可以在电子学、光电子学和催化领域发挥重要作用。
本文将深入探讨二维TMDCs 的结构与合成方法、性质与应用以及未来发展方向。
一、二维TMDCs的结构与合成方法二维TMDCs通常由单层或几层原子组成，具有特殊的二维结构。
其中，范德华力起到了关键作用，通过过渡金属和硫属元素之间的相互作用来稳定二维结构。
具体来说，过渡金属原子与硫属原子之间存在强烈的相互作用，形成稳定的二维结构。
在合成方法方面，石墨烯剥离法是最常见的方法之一。
它通过机械剥离或化学剥离的方法制备单层TMDCs。
气相沉积、溶液法和气溶胶法等也被广泛应用于二维TMDCs的合成。
这些方法的发展为制备高质量的二维TMDCs提供了重要的途径。
二、二维TMDCs的性质与应用二维TMDCs具有许多特殊的性质，使它们在多个领域具有广泛的应用潜力。
1. 电子性质二维TMDCs的电子性质受到限制和量子尺寸效应的影响。
由于它们的二维结构，电子在平面内运动受到限制，从而导致其电子能带结构的改变。
量子尺寸效应使得二维TMDCs在电子输运和能带调控方面具有特殊性质。
这些特性使得二维TMDCs在电子学领域有着广泛的应用。
2. 光学性质二维TMDCs的光学性质也十分独特。
它们具有较大的束缚能和狄拉克点的存在。
这些特性使得二维TMDCs在光电子学领域具有重要的应用前景。
二维TMDCs可以用于太阳能电池、光电子器件和光催化等方面。
3. 催化性能由于二维TMDCs具有丰富的表面活性位点和较大的比表面积，使得它们在催化领域表现出良好的性能。
钼二硫化物（MoS2）常用于电化学催化、气体传感和电池材料等领域。
总结与回顾：本文对二维范德华过渡金属二硫属化物进行了全面评估并撰写了一篇有价值的文章。
钠离子电池过渡金属硒化物负极材料的研究进展
㊀第56卷第3期郑州大学学报(理学版)Vol.56No.3㊀2024年5月J.Zhengzhou Univ.(Nat.Sci.Ed.)May 2024收稿日期:2023-08-30基金项目:国家自然科学基金青年项目(52202119)㊂第一作者:杨明醒(1995 ),男,硕士研究生,主要从事钠离子电池负极材料研究,E-mail:yy734778380@㊂通信作者:朱建华(1992 ),男,讲师,主要从事高功率储能材料研究,E-mail:jianhuazhu@㊂钠离子电池过渡金属硒化物负极材料的研究进展杨明醒,㊀朱建华(郑州大学㊀河南先进技术研究院㊀河南郑州450003)摘要:钠离子电池(SIBs)因其原材料来源丰富,在大规模储能领域具有较强的竞争力,有望成为锂离子电池的重要补充㊂负极材料是制约钠离子电池发展的关键问题㊂在众多的钠离子电池负极材料中,过渡金属硒化物(TMSs)有着高理论容量㊁低成本和环境友好的优点,被认为是有希望的候选材料㊂首先,阐明了TMSs 的钠储存机制㊂然后,阐述了TMSs 目前存在的首次库仑效率低㊁体积膨胀大㊁导电性差和多硒化物穿梭效应等问题㊂随后,讨论了相应的改进策略,并详细介绍了TMSs 在纳米结构设计㊁碳包覆㊁构建异质结和其他方面的最新研究进展㊂最后,进行了对TMSs 的总结和展望㊂关键词:钠离子电池;过渡金属硒化物;纳米结构设计;碳包覆;异质结中图分类号:TB333文献标志码:A文章编号:1671-6841(2024)03-0016-06DOI :10.13705/j.issn.1671-6841.2023202Research Progress on Transition Metal Selenide Anode Materialsfor Sodium-ion BatteriesYANG Mingxing,ZHU Jianhua(Henan Institute of Advanced Technology ,Zhengzhou University ,Zhengzhou 450003,China )Abstract :Due to the abundance of raw materials,sodium-ion batteries (SIBs)with strong competitive-ness in the field of large-scale energy storage were expected to be an important complement to lithium-ion batteries.The anode was a key issue restricting the development of sodium-ion batteries.Among various anode materials for SIBs,transition metal selenides (TMSs)were considered promising candidates be-cause of their high theoretical capacity,low cost,and environmental friendliness.Firstly,the sodiumstorage mechanism of TMSs was elucidated.The challenges of TMSs were discussed subsequently,such as low initial Coulombic efficiency,significant volume expansion,poor conductivity,and the polyselenide shuttle effect.Afterwards corresponding improvement strategies were explored,followed by a comprehen-sive overview of the latest research progress on TMSs,including nanostructure design,carbon coating,heterostructure construction,and other aspects.Finally,a summary and outlook for TMSs were provided.Key words :sodium-ion battery;transition metal selenide;nanostructure design;carbon coating;hetero-geneous structure0㊀引言随着化石燃料开采规模的不断扩大,地壳中煤炭㊁石油和天然气等化石能源的储量逐渐减少,这不仅导致化石燃料的枯竭,还给地球环境带来严峻的挑战[1]㊂近年来,为减少能源消耗和改善环境问题,清洁㊁环保㊁可持续的能源,如风能㊁太阳能㊁水能和潮汐能,引起了学术界的广泛关注㊂然而,这些能源往往具有不可预测性㊁容量不稳定性和间歇性等㊀第3期杨明醒,等:钠离子电池过渡金属硒化物负极材料的研究进展缺点,在实际应用中受到很大的限制[2]㊂为了更有效地利用这些清洁能源,必须开发大规模电化学储能(EES)系统㊂锂离子电池(LIBs)凭借其体积小㊁功能强大和寿命长的优点,在便携式电子设备和电动汽车(EV)领域得到了广泛应用,成为最成功的商业电化学技术之一[3]㊂然而,锂资源有限且成本高昂,而电动汽车销量的快速增长进一步推高了锂的成本[4]㊂因此,有必要探索适用的储能器件在未来的储能领域与锂离子电池共同担负起可持续绿色能源开发的重任㊂钠是地球上最丰富的金属元素之一,分布均匀,是仅次于锂的第二轻和第二小的碱金属,具有与锂相似的物理和化学特性㊂基于钠丰度以及与锂离子电池相似的工作原理,可充电钠离子电池(SIBs)是锂离子电池的理想互补器件[5]㊂当前,商业化的SIBs主要受到负极材料的限制㊂这是因为Na+的半径较大,无法直接应用于锂离子电池(LIBs)的石墨负极材料[6-7]㊂然而,SIBs 的正极材料,如类普鲁士蓝㊁层状过渡金属氧化物和聚阴离子化合物,在电化学性能方面接近商业化的锂铁磷酸盐(LiFePO4),几乎已经满足了商业应用的要求[8-10]㊂因此,开发适用于SIBs的负极材料对于SIBs的发展和商业化至关重要㊂在众多具有潜力的负极材料中,过渡金属硒化物(TMSs)由于其高容量㊁低成本和环境友好等优点而具有一定的优势㊂相比于同族的氧化物和硫化物,金属硒化物具有较高的电子导电性㊁较小的体积变化和良好的可逆性能[11]㊂此外,由于金属硒化物中的M Se键能较M O键和M S键更弱,金属硒化物的极化较小,电化学反应动力学更优异,倍率性能更好[12-13]㊂综上,过渡金属硒化物作为SIBs负极材料具有巨大的潜力和广阔的前景,并受到了广泛的关注㊂接下来,本文将重点介绍钠离子电池过渡金属硒化物负极材料的最新研究进展㊂1㊀过渡金属硒化物负极材料的储钠机制及现存挑战1.1㊀储钠机制相对于锡(Sn)㊁锑(Sb)和铋(Bi),过渡金属具有较低的活性,往往无法与Na进行合金化反应㊂因此,过渡金属硒化物的储钠机制通常为 插层-转化 机制㊂在放电过程中,Na+不断嵌入硒化物材料并发生转化反应,最终形成Na2Se和过渡金属颗粒㊂而在充电过程中,则发生相反的过程㊂上述机制目前已被多次证实㊂以CoSe2为例, Zhang等[14]通过XRD㊁SAED和近边缘X射线吸收光谱(XANES),系统地研究了CoSe2的钠储存机制㊂XRD揭示了Na+和CoSe2之间的转化反应过程㊂放电至0.5V后产生Co和Na2Se,二次充电至3.0V后出现单独的CoSe2,SAED的结果与XRD一致㊂随后,通过非原位XANES揭示了CoSe2的嵌入反应过程㊂基于上述结果,他们提出了CoSe2的可逆钠储存机制:CoSe2⇆Na x CoSe2⇆CoSe+Na2Se⇆Co+Na2Se㊂1.2㊀现存挑战尽管过渡金属硒化物具有许多优点,但距离商业化应用仍很遥远,其中存在的主要问题如下㊂(1)由于不稳定的固体电解质界面(SEI)层的形成,金属硒化物通常显示出较低的初始库仑效率(ICE)㊂(2)金属硒化物在充㊁放电过程中体积剧烈变化,导致电极的自粉碎和容量的快速衰退㊂(3)金属硒化物固有的低离子和电子电导率导致较差的倍率性能㊂(4)放电过程中形成的多硒化物中间体的 穿梭效应 会降低电化学性能㊂2㊀过渡金属硒化物负极材料现行优化策略2.1㊀纳米结构设计纳米级材料拥有比表面积大㊁反应活性高㊁应变能力强等优点㊂纳米材料能够有效缩短Na+的传输距离,从而获得优异的电化学性能[15-16]㊂通过对纳米材料的结构和形貌进行设计,可以进一步提升其电化学性能㊂该方法目前已被广泛应用㊂Yue等[17]基于硬-软-酸碱理论,分别使用Se粉和NaBH4作为Se源和还原剂,在室温下制备出直接在铜网上生长的Cu2Se纳米片㊂纳米片之间的间距有利于电解质的渗透并提供更多的活性位点,从而提高钠存储容量㊂为了稳定结构,他们随后在Cu2Se纳米片上引入导电聚合物聚吡咯(PPy)作为保形涂层,构建具有核壳结构的Cu2Se@PPy,进一步缓解了钠存储过程中活性材料的剧烈体积膨胀和剥落㊂Zhu等[18]通过多元醇溶液化学法成功合成了单晶CuSe2纳米立方材料(CuSe2NCs)㊂单晶CuSe2中原子的整齐排列可以促进钠离子的传输并减少离子扩散的能垒㊂纳米级立方体形貌有利于电解液的71郑州大学学报(理学版)第56卷渗透,缓解循环过程中的体积膨胀㊂密度泛函理论(DFT)计算表明CuSe 2NCs 具有低扩散能垒㊂其较少的副反应㊁增强的动力学特性和稳定的微观结构使CuSe 2NCs 电极各项电化学性能均优于无定形结构的CuSe 2纳米块,尤其初始库仑效率更是几乎达到了100%㊂Ren 等[19]以乙二醇为溶剂,通过溶剂热法制备了装饰还原氧化石墨烯的自组装3D FeSe 2纳米花(FeSe 2/rGO-EG)㊂乙二醇溶剂不仅可以作为还原剂,还可以用作结构导向剂来控制材料的成核和结晶,促进(110)晶面的生长,DFT 计算阐明了Na +在FeSe 2(110)晶面上具有较低的吸附能和迁移能垒,有利于Na +的嵌入和脱嵌㊂众多3D 花状纳米粒子均匀分布在石墨烯表面,形成特殊的3D 结构,可以缩短Na +传输路径并增加电极的比表面积,从而加速反应动力学㊂表1是对上述TMSs 纳米结构设计策略电化学性能的总结㊂表1㊀TMSs 纳米结构设计策略总结Table 1㊀Summary of nanostructure design modification strategy材料结构形貌制备方法比容量/(mAh ㊃g -1)循环圈数Cu 2Se 片状㊀铜网浸泡法263.52000CuSe 2立方体多元醇溶液化学法3441700FeSe 2花状㊀溶剂热法4001000㊀㊀注:1)Cu 2Se 比容量测试和循环圈数测试的电流密度均为10A /g;2)CuSe 2比容量测试和循环圈数测试的电流密度分别为50A /g 和10A /g;3)FeSe 2比容量测试和循环圈数测试的电流密度均为1A /g㊂2.2㊀碳包覆对于TMSs 充放电过程中存在的体积膨胀问题,利用碳材料对其进行包覆已被证实为一种有效且通用的方法㊂碳壳骨架不仅为TMSs 的膨胀提供了充足的缓冲空间,增强了电子电导率,并且锚定了部分多硒化物,从而抑制了穿梭效应㊂同时,这些碳基质避免了金属硒化物和电解质之间的直接接触,减少了副反应并提高库仑效率㊂热解金属有机框架(MOFs)前驱体是对金属颗粒实现碳包覆的一个通用方法[20]㊂以MOFs 为前驱体衍生的电极材料有着超大的比表面积,并且MOFs 衍生电极的多孔结构有效增加了Na +的活性位点,增强了其储钠能力[21-23]㊂同时,电极材料基体中碳的存在提高了电导率并增强了倍率性能㊂Liang 等[24]通过多层沸石咪唑酯骨架结构(ZIF)前驱体的逐步外延生长以及后碳化和硒化的工艺,成功设计并合成了多层蛋黄壳CoSe 2纳米十二面体,为钠离子的插入提供大量的活性位点㊂尽管MOFs 材料有着诸多优点,然而其在后续的化学合成过程中容易发生断裂和塌陷[25]㊂为了解决这一问题,选择性涂层已被证明是保护MOFs 材料的有效方法[26]㊂共价有机骨架(COF)以共价键为特征,表现出优异的化学和热稳定性,可以有效保护MOFs 在反应过程中免受结构损坏[27]㊂Chen 等[28]首次通过双框架设计制备了类似梭子的Fe 3Se 4/NC 结构㊂Fe 3Se 4/NC 源自涂着COF 涂层的MOF,具有大比表面积和高孔隙率,非常适合Na +的嵌入和脱嵌㊂COF 层有效解决了MOF 在剧烈合成和循环反应过程中结构损伤的问题㊂此外,NC 涂层的高电导率增加了Fe 3Se 4/NC 的电子和离子迁移速率,从而有利于提高倍率性能㊂Liu 等[29]以氯化钠为模板㊁葡萄糖为碳源㊁尿素为氮源制备了三维氮掺杂碳网络,首次创建了应力分散结构,并将CoSe 2与导电网络有效连接,成功地控制了其在导电网络上的分布程度㊂在CoSe 2@NC中,CoSe 2均匀锚定在NC 导电网络上,形成具有强界面相互作用的纳米结构,从而改善了电子传输并减少了体积变化,使其能够形成稳定的固态电解质界面膜(SEI)并减少死钠的量㊂传统碳包覆策略都依赖共轭非极性碳平面的位置,对极性TMSs 的固定和捕捉作用有限,因此提高碳对TMSs 颗粒的亲和力也同样至关重要㊂Yuan 等[30]在封闭的高压釜中对壳聚糖㊁尿素㊁Cu (NO 3)2和SeO 2组成的混合物进行水热处理,随后Cu 前体和Se /C 的混合物在惰性气氛中热解,形成Cu 2-x Se@3D-CN㊂值得指出的是,SeO 2不仅是形成连接三维大孔骨架的模板,而且是合成TMS 和形成Se C 铆接键的来源㊂该方法可将各种TMS 植入到氮掺杂的多孔碳上,并在3D 纳米结构混合体中形成强大的铆接Se C 键,使得碳基质与TMS 纳米颗粒具有很强的亲和力,即使在长期循环后也可以防止TMSs 纳米颗粒聚集和分离,从而确保结构完整性㊂碳基体的结构也被改变,成了更强的吸收电子单元来储存Na +,促进了Na +的扩散和转化㊂该方法为碳纳米结构植入金属硒化物提供了一个通用模板路线㊂表2对上述碳包覆策略进行了总结㊂81㊀第3期杨明醒,等:钠离子电池过渡金属硒化物负极材料的研究进展表2㊀TMSs碳包覆策略总结Table2㊀Summary of carbon coating modification strategy材料主体碳包覆法方法优势比容量/(mAh㊃g-1)循环圈数CoSe2热解MOFs材料结构灵活易于操控352.92000 Fe3Se4COFs材料涂覆MOFs COF层增强了MOF材料的结构稳定性333.51000CoSe2三维氮掺杂碳网络浸渍和硒化首次创建了应力分散结构,并成功控制硒化物在导电网络的分布程度318.04500Cu2-x Se混合物水热增强了碳对硒化物的亲和力,并提供了一个通用的模板路线311.0200㊀㊀注:1)CoSe2比容量测试和循环圈数测试的电流密度均为1A/g;2)Fe3Se4比容量测试和循环圈数测试的电流密度分别为12A/g和8A/g;3)CoSe2比容量测试和循环圈数测试的电流密度分别为1A/g和5A/g;4)Cu2-x Se比容量测试和循环圈数测试的电流密度均为1A/g㊂2.3㊀构建异质结近年来,半导体异质结材料在电化学储能领域得到了广泛的应用[31-32]㊂通过在单金属硒化物中引入新的金属元素,形成异质界面,提供了丰富的晶格畸变和缺陷[33]㊂异质界面通过强大的界面协同效应,可以促进金属硒化物局部的电子和离子转移,从而增强了反应动力学㊂特定的异质结构可以获得更多储钠活性位点㊂不同金属的氧化还原电位差异还导致了电化学反应的异步性,从而抑制了Na+嵌入和脱嵌过程中体积变化[33]㊂Cao等[34]通过水热法和原位硒化反应合成了球中球结构的(M Mn)Se/C(M=Co,Ni)㊂Co(Ni) Se2和MnSe晶体之间的异质界面增强了离子扩散动力学,提高了电导率,并且提供了大量的储钠反应位点㊂值得一提的是,这种特殊的异质结构构建的内置电场建立了高效的3D电子传输网络,从而实现了优异的电化学性能㊂在过渡金属中引入活性金属构建异质结,不仅能发挥双金属协同作用,同时有利于提升材料整体的电化学性能㊂Liu等[35]通过水热法和涂覆热解成功制备了MoSe2-Sb2Se3@C复合材料㊂因双金属硒化物的协同效应,所获得的MoSe2-Sb2Se3@C复合材料表现出良好的倍率性能和高循环稳定性㊂通过DFT计算验证了其基本机制,窄带隙和引入的内置电场导致异质结处费米能级和逸出功的差异加速了电子迁移㊂Liu等[36]构建了具有相同阳离子和阴离子的Fe3Se4/FeSe异质结构㊂DFT计算表明,FeSe和Fe3Se4之间的界面有利于提高离子电子电导率和结构稳定性㊂对比单独的Fe3Se4电极,Fe3Se4/ FeSe电极具有优异的循环稳定性和出色的倍率性能㊂表3列出了上述各个异质结的电化学性能㊂表3㊀TMSs构建异质结设计策略总结Table3㊀Summary of heterostructure construction strategy异质结构制备方法比容量/(mAh㊃g-1)循环圈数Co(Ni)Se2/MnSe水热法㊁原位硒化441.21000 MoSe2/Sb2Se3水热法㊁涂覆热解376.0500 Fe3Se4/FeSe静电纺丝㊁气相硒化417.41000㊀㊀注:1)Co(Ni)Se2/MnSe比容量测试和循环圈数测试的电流密度均为5A/g;2)MoSe2/Sb2Se3比容量测试和循环圈数测试的电流密度均为2A/g;3)Fe3Se4/FeSe比容量测试和循环圈数测试的电流密度分别为0.5A/g和5A/g㊂2.4㊀其他策略除了上述三种常见的改进策略外,还存在一些其他已被证实的可行方法,但目前对这些方法的研究较少,因此下面只简要介绍㊂2.4.1㊀电解质调节㊀电解质作为电池系统的重要组成部分,对电池的性能起着至关重要的作用㊂Chen等[37]研究了溶剂对FeSe2微球电化学性能的影响㊂当使用二甘醇二甲醚(DGM)作为唯一溶剂时,FeSe2微球具有优异的循环稳定性㊂在此之后,醚基电解质被广泛应用于TMS,表现出比碳酸酯电解质优越的电化学性能㊂2.4.2㊀电压窗口调节㊀通过电位窗口调节可以避免TMSs发生深度转化反应,从而减少体积变化,延长循环寿命㊂Ou等[38]研究了截止电压对CoSe2纳米棒储钠能力的影响㊂结果显示,在0.4~3.0V的窗口范围内,CoSe2发生了高度可逆的钠储存过程㊂相反,当截止电压调整为0.01V时,CoSe2的储钠过程变得不可逆,800次循环后,容量保持率从之前的92.8%降低至3.8%㊂可以看出,调整截止电压是提高TMSs电化学性能的有效策略㊂2.4.3㊀过渡金属掺杂㊀Sun等[39]通过对CoSe2进行Mn掺杂,扩大了其晶格结构和间隙体积,从而缓解这种材料中钠储存的固有缓慢动力学㊂在水热处91郑州大学学报(理学版)第56卷理过程中,Mn的掺杂量可以通过调节添加Mn的比例来调节㊂DFT计算表明,在Mn/Co=1ʒ4的原子比下,Mn的掺入可以使间隙体积膨胀136.9%㊂与纯CoSe2@CNS/CNF相比,Co0.8Mn0.2Se2@CNS/CNF 显示出了更优异的电化学性能㊂3 总结与展望作为大规模能量存储领域锂离子电池的实际补充,钠离子电池可以满足先进能量存储技术的需求,并为可持续发展做出贡献㊂因此,开发高性能的SIB电极材料具有重要意义㊂过渡金属硒化物由于其较大的理论容量被认为是SIB负极材料具有希望的候选者㊂在本文中,阐明了过渡金属硒化物负极材料的钠储存机制,并总结了该材料的当前问题,如低初始库仑效率㊁严重体积膨胀㊁导电性差和穿梭效应㊂随后对改进策略进行分类和讨论,包括纳米结构设计㊁碳包覆㊁异质结构构建和其他方法㊂尽管近年来对过渡金属硒化物的研究日益增多,但仍存在许多未解决的问题,表明该材料仍具有持续的研究价值㊂这里提出了三个展望:(1)醚基电解质的有限氧化稳定性限制了正极材料的选择,需要开发新型醚基电解质;(2)SEI膜的形成机制尚不清楚,需要进一步探索使用先进的原位表征技术和理论计算以提高初始库伦效率;(3)增加对全电池的研究以推动商业化㊂参考文献:[1]㊀LI Y M,LU Y X,ZHAO C L,et al.Recent advances ofelectrode materials for low-cost sodium-ion batteries to-wards practical application for grid energy storage[J].Energy storage materials,2017,7:130-151. 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过渡金属硫化物(TMDC)的制备
图1. CVD反应原理图。
实验方法（以MoS2的制备为例）
1.蓝宝石衬底的清洗 2.样品制备：晶片级MoS2生长 3.蓝宝石晶片的退火 4.单层MoS2 的转移
图2. 三温区CVD装置示意图。
Yu, H.; Liao, M.; Zhang, G. et al, Acs Nano 2017, 11 (12), 12001-12007.
图3. 分层MoS2微箱的FESEM（a和b）和TEM（c-f）图像
溶胶-凝胶法
Sol：由孤立的细小粒子 或大分子组成，分散在 溶液中的胶体体系。 Gel：由一种细小粒子 聚集成的网状结构具有 固态特征的胶体体系， 凝胶中渗有连续的分散 相体系。
二维MoS2气凝胶制备过程
图1. 制备MoS2气凝胶的示意图
图6. 蓝宝石上的MoS2薄膜: a) 光学显微图像 ； b) AFM图像
图7. 晶片上单层MoS2样品的AFM图像。 比例尺为2μm。
2019
再次衷心感谢您的聆听
Thank you for your listening
剥离法
利用具有层状结构的块体材料制备二维纳米材料
胶带法
剥离法的演变
纳米管劈裂法 液相插层法 电化学插层法
电化学插层法
原理：将离子、小分子或有机物分
子插入层状物的层间，并通过电化学 方法控制粒子在块体材料层间的插入 量，剥离片层结构，得到二维纳米片。
块体材料
锂箔
图1. 电化学装置示意图
Desai, S. B.; Madhvapathy, S. R.; Javey, A. et al. Science 2016, 354 (6308), 99-102.
TMDC的主要优势
211262208_过渡金属硫化物在电催化分解水应用中的研究进展
第52卷第5期 辽 宁 化 工 Vol.52，No. 5 2023年5月 Liaoning Chemical Industry May，2023基金项目： 中国博士后科学基金第2批特别资助（站前）（项目编号：2020TQ0354）；中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司科技项 目（项目编号：EV05901W）；沈阳师范大学 2019 博士启动项目（项目编号：054-91900302008）。
收稿日期： 2022-05-25 作者简介： 于 洲（1988-），男，黑龙江省牡丹江市人，副教授，博士，2019年毕业于哈尔滨工业大学化学工程与技术专业，研究方向：电催化、化学电源。
通信作者： 高啸天（1990-），男，博士，研究方向：储能、氢能、电催化。
过渡金属硫化物在电催化分解水应用中的研究进展于洲1,2，高啸天1（1. 中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司，广东 广州 510663；2. 沈阳师范大学 化学化工学院，辽宁 沈阳 110034）摘 要： 近年来，过渡金属硫化物（TMS ）材料由于其独特的电子、光学、物理和化学性质，在电催化分解水应用方面引起了广泛的研究兴趣。
系统阐述了用于制备TMS 材料的一般合成方法，综合介绍了TMS 在氢气析出反应（HER ）、氧气析出反应（OER ）以及全解水方面最新的研究进展。
最后，总结了TMS 材料在水分解方面的当前挑战和未来机遇，以期为合理设计和制备具有实际应用价值TMS 基电催化剂提供指导和启示，从而进一步促进电解水制氢的实际应用。
关 键 词：电催化分解水；析氢反应；析氧反应；过渡金属硫化物中图分类号：TQ151.1 文献标识码： A 文章编号： 1004-0935（2023）05-0710-04可再生能源的大规模开发，对于当今以碳中和经济取代对化石燃料的严重依赖至关重要[1]。
在各种可再生能源战略中，氢能的碳含量为零，并且具有较高的燃烧热值，同时在能源转换过程中具有清洁无污染等优点，被认为是未来社会的主要能源载体[2]。
过渡金属氧化物纳米材料的制备与性能研究
过渡金属氧化物纳米材料的制备与性能研究近年来，纳米材料领域的研究取得了显著的进展。
其中，过渡金属氧化物纳米材料备受关注。
过渡金属氧化物是指由过渡金属元素和氧原子形成的化合物。
通过将其制备成纳米尺度的粒子，有望发展出更为优异的性能和应用。
一、制备方法过渡金属氧化物纳米材料的制备方法多种多样，常见的有溶胶-凝胶法、热分解法和水热合成法等。
溶胶-凝胶法是一种常用且简单的制备方法。
它首先通过溶胶法将过渡金属离子和氧离子分散在溶剂中，形成胶体；然后通过凝胶法使溶胶凝固成固体材料。
这种方法制备的纳米材料具有高比表面积和优异的晶体结构，广泛应用于传感、催化和能量存储等领域。
二、性能研究1. 光电性能过渡金属氧化物纳米材料具有广泛的光学性能。
以二氧化钛为例，其纳米材料由于较大的比表面积，能够有效俘获光能量，并产生光催化反应。
通过调控其结构和组分，可以实现可见光催化活性。
这为太阳能光电转换、光催化水分解等提供了新的途径。
2. 磁学性能过渡金属氧化物纳米材料的磁学性能引人注目。
例如，氧化铁纳米材料由于其独特的晶体结构和超顺磁性质，被广泛应用于磁性材料和磁存储器件。
此外，还发现一些过渡金属氧化物纳米材料表现出自旋玻璃、铁电和铁磁共存等特性，这为进一步研究和应用提供了新的线索。
3. 储能性能过渡金属氧化物纳米材料在能量存储方面显示出巨大潜力。
以钴酸锂为例，其纳米材料由于短程离子扩散路径和高电容特性，能够实现高能量密度和高功率密度的储能。
这为电池、超级电容器等储能设备的研究和应用提供了有力支持。
三、应用前景过渡金属氧化物纳米材料的出色性能使其在多个领域具备广阔的应用前景。
首先，其在能源领域的应用前景十分广泛，如太阳能电池、电催化和电化学分析等。
其次，过渡金属氧化物纳米材料在环境治理领域也有很大潜力，例如光催化降解有机污染物。
此外，过渡金属氧化物纳米材料还可以应用于催化和生物医学领域。
总结：过渡金属氧化物纳米材料的制备与性能研究正成为纳米材料领域研究的热点。
二维过渡金属硫化物材料的制备与性能研究
二维过渡金属硫化物材料的制备与性能研究二维过渡金属硫化物材料是近年来材料科学领域的一个热点研究方向。
这类材料以其独特的物理和化学性质，被广泛应用于电子器件、催化剂、能源存储等领域。
本文将以二维过渡金属硫化物材料的制备和性能研究为主题，介绍其重要性、制备方法和性能研究的进展。
一、二维过渡金属硫化物材料的重要性二维过渡金属硫化物材料具有许多独特的性质，如结构可调性、卓越的电子和光学性能，以及优良的机械和热学性能等。
这些特性使得其在电子器件、光电子学、催化剂以及能源领域中具有巨大的应用潜力。
首先，在电子器件方面，二维过渡金属硫化物材料的优异电子性能使其成为替代传统硅基材料的理想候选。
例如，二维硫化钼在柔性电子领域中被广泛应用。
其高载流子迁移率和优良的机械可伸缩性使之成为高性能透明导电电极材料的最佳选择。
其次，二维过渡金属硫化物材料的光学性能也引起了广泛的关注。
许多材料在单层或多层形式下展现出特殊的光学特性，如量子束缚效应、吸收和发射等能级调控。
这些性质对于光学器件的设计和构建具有重要意义。
最后，二维过渡金属硫化物材料作为催化剂在催化反应方面具有重要应用价值。
由于其高比表面积和丰富的活性位点，该材料在电化学催化、光催化和化学催化等方面表现出卓越的催化活性。
因此，二维过渡金属硫化物材料在环境保护、能源转化等领域具有广阔的应用前景。
二、二维过渡金属硫化物材料的制备方法目前，二维过渡金属硫化物材料的制备方法主要包括物理剥离法、化学气相沉积法和溶液法等。
物理剥离法是通过剥离三维材料来制备二维材料，最为典型的剥离方法是机械剥离法，其原理是通过机械剥离的方式将三维材料分离成二维薄片。
化学气相沉积法是通过将金属前驱体和硫源前驱体在高温下反应生成沉积物，进而制备二维材料。
溶液法则是利用溶液中金属离子和硫化物进行反应生成二维材料，这种方法较为简便且使用范围广泛。
除此之外，还有其他一些制备方法，如热解法、水热法和电化学沉积法等。
二维过渡金属硫化物材料在电子器件中的应用探索
二维过渡金属硫化物材料在电子器件中的应用探索近年来，随着纳米技术的快速发展，二维材料作为一类新兴材料受到了广泛关注。
其中，二维过渡金属硫化物材料因其独特的电子特性和晶体结构，在电子器件领域中展示出了巨大的应用潜力。
本文将探讨二维过渡金属硫化物材料在电子器件中的应用，并对其未来发展进行展望。
一、二维过渡金属硫化物材料的概述二维过渡金属硫化物材料是一类由过渡金属离子（如Mo、W等）和硫离子组成的层状结构材料。
由于其特殊的晶体结构，二维过渡金属硫化物材料表现出了很多其他材料所不具备的优异性能，如高载流子迁移率、优秀的机械柔韧性和较小的能带间隙等。
这些特性赋予了它们在电子器件中应用的巨大潜力。
二、二维过渡金属硫化物材料在光电器件中的应用1. 光电探测器二维过渡金属硫化物材料的窄能带间隙和高光吸收系数使其成为一种优秀的光电探测器材料。
利用二维过渡金属硫化物材料制备的光电探测器在宽波长范围内表现出高光电响应和快速响应速度，具有广泛的应用前景。
2. 光伏器件二维过渡金属硫化物材料在太阳能电池领域中也展现出了巨大的潜力。
其高载流子迁移率和优异的光吸收性能使得它们可以作为高效的光伏材料应用于太阳能电池中，进一步提高光电转换效率，推动太阳能利用技术的发展。
三、二维过渡金属硫化物材料在电子器件中的应用1. 可弯曲电子器件二维过渡金属硫化物材料的机械柔韧性使得它们可以制备出具有弯曲性能的电子器件。
这使得二维过渡金属硫化物材料在新型可弯曲显示器件、柔性传感器和可穿戴电子设备等领域具有广泛的应用前景。
2. 储能器件由于二维过渡金属硫化物材料具有高比表面积和优秀的导电性能，它们被广泛用于超级电容器和锂离子电池等储能器件中。
这些器件不仅具有高特定电容和优异的循环稳定性，而且具有较高的储能密度和良好的循环寿命，有望在能源储存领域展现出更广阔的应用前景。
四、二维过渡金属硫化物材料的未来发展尽管二维过渡金属硫化物材料在电子器件中展现出了巨大的潜力，但目前仍然面临一些挑战。
过渡金属硫化物掺杂的问题
过渡金属硫化物掺杂的问题过渡金属硫化物是一种重要的材料，在能源、环境、医疗等领域具有广泛的应用前景。
然而，在掺杂过程中存在一些问题，本文主要从稳定性、相容性、能带结构、形貌控制等方面进行探讨。
一、稳定性问题过渡金属硫化物在掺杂过程中常常面临稳定性问题。
掺杂剂可能会与硫化物发生化学反应，导致材料性质的变化。
此外，过渡金属硫化物在光、热、氧等外界因素的作用下容易发生氧化或分解，影响其性能和稳定性。
因此，在掺杂过程中需要寻找合适的掺杂剂和控制环境条件，以确保材料的稳定性。
二、相容性问题过渡金属硫化物与掺杂剂之间的相容性也是掺杂过程中的一个重要问题。
如果掺杂剂与硫化物不兼容，会导致材料出现分层、裂纹等问题。
此外，相容性不好的材料在合成过程中也容易出现团聚、颗粒大小不一等问题，影响材料的性能。
因此，需要选择与硫化物相容性好的掺杂剂，以保证材料的均匀性和性能。
三、能带结构问题过渡金属硫化物的能带结构对其光学、电学和磁学等性质具有重要影响。
在掺杂过程中，掺杂剂可能会改变硫化物的能带结构，从而影响其性质。
例如，掺杂剂可能会引入新的能级或改变能带之间的距离，导致材料的光学、电学和磁学等性质发生变化。
因此，在掺杂过程中需要关注能带结构的变化，并对其进行调控。
四、形貌控制问题过渡金属硫化物的形貌对其性能也有重要影响。
在掺杂过程中，材料的形貌可能会发生变化，如出现颗粒大小不一、形貌不规整等问题。
这些形貌变化可能会影响材料的物理、化学性质和功能。
因此，在掺杂过程中需要关注形貌的变化，并对其进行控制和优化。
总之，过渡金属硫化物掺杂过程中存在稳定性、相容性、能带结构和形貌控制等问题。
为了获得高性能的过渡金属硫化物材料，需要深入了解掺杂过程中的这些问题，并采取有效的措施进行优化和控制。
金属硫化物光电催化材料的研究进展
金属硫化物光电催化材料的研究进展金属硫化物光电催化材料是近年来备受关注的一类新兴材料，其具有高效、环保、可再生等特点，被广泛应用于太阳能电池、水分解、有机合成等领域，受到了学术界和工业界的广泛关注。
在金属硫化物光电催化材料的研究中，不仅要关注其催化活性的提高，也要对其光学和电学性质有更深刻的认识。
本文将从金属硫化物光电催化材料的基本原理、材料设计、表征方法、应用前景等方面进行探讨，以期能够更全面地了解金属硫化物光电催化材料的研究进展。
一、金属硫化物光电催化材料的基本原理光电催化是一种利用光照来激发催化剂表面的电子转移过程，实现催化反应的方法。
金属硫化物光电催化材料是建立在半导体的基础上，其基本原理是通过光照激发半导体表面的电子，使其跃迁到导带，形成可自由移动的电子空穴对，从而产生电荷分离。
通过表面吸附气体、液体等物质，使溶解物中的反应发生，达到催化剂的作用。
金属硫化物光电催化材料的催化反应取决于电荷分离和吸附物的特异性，因此对其表面结构、电学性质、光学性质等方面进行调控是实现高效催化反应的重要手段。
二、金属硫化物光电催化材料的材料设计金属硫化物光电催化材料的设计是全方位的，既需要考虑材料的光学性质，也要考虑电学性质、表面结构等因素。
在设计金属硫化物光电催化材料时，需要从以下几个方面入手。
(1) 催化剂的物理和化学性质。
金属硫化物光电催化剂的物理和化学性质直接决定其催化效果。
因此，在设计催化剂时，需要考虑其光学和电学性质，以及相应的反应机理等因素。
研究表明，不同种类的金属硫化物对于特定催化反应的选择性和效率有很大影响。
(2) 材料的结构和形态。
材料的结构和形态对其表面化学和光学性质有很大影响。
例如，纳米和多孔材料具有更大的比表面积和更好的光电性能，因此在光电催化应用中具有更高效的催化活性。
(3) 催化剂的组成和制备方法。
催化剂的组成和制备方法对其催化活性和稳定性有很大影响。
常见的制备方法包括水热法、溶剂热法、共沉淀法、物理混合等。
过渡金属硫化物(tmdc)的制备
过渡金属硫化物(tmdc)的制备
过渡金属硫化物（TMDs）是一类新型材料，其具有独特的光学、电子和
机械性质，有望成为新一代半导体材料和高性能非晶材料。
过渡金属硫化物
是由金属原子和硫原子组成的具有特殊结构的化合物，其中的金属原子可以
是铜、钛、钒等过渡金属，而硫原子则可以是硫、硫酸根或其他硫化物。
TMDs通常是二维的低维体系，可以在高速、高增益的器件中发挥重要作用。
TMDs制备方法有很多，其中包括蒸镀技术、外加偏压技术、原位硫化技
术和低温化学沉淀等。
蒸镀技术是利用无源原蒸馏管中的均相分子来生成TMDs薄膜的方法，它简单快捷，相对低成本。
外加偏压技术是利用显微控
制的外加偏压来控制分子的构型，从而调整不同特征字段的特性，实现不同
尺寸、不同晶粒形状和不同导电性质的TMDs层叠结构。
原位硫化技术和低
温化学沉淀法也是一种常见的TMDs制备方法。
TMDs具有多种优异的性质，在微电子集成电路、高性能非晶材料和微纳
技术领域都具有潜在的应用价值。
随着新一代半导体器件出现，过渡金属硫
化物成为先进材料的前景一类，它将为未来科技设计提供出色的表现。
过渡金属硫化物在锂离子电池中的研究进展
收稿日期：2018-11-20作者简介：李宗峰(1994—)，男，河北省人，硕士研究生，主要研究方向为功能材料。
通信作者：董桂霞过渡金属硫化物在锂离子电池中的研究进展李宗峰，董桂霞，亢静锐，李雷，吕易楠(华北理工大学材料科学与工程学院河北省无机非金属重点实验室唐山市环境功能材料重点实验室，河北唐山063000)摘要：锂离子电池的性能很大程度上取决于锂离子电池所用的电极材料。
综述了近几年来锂离子电池中的过渡金属硫化物(硫化锰、硫化铁、硫化镍、硫化钼、硫化钨、硫化钴和硫化铜)及其复合材料在不同结构(一维、二维、三维结构)中的最新研究进展，例如一维多孔FeS 2@C 纳米线、WS 2/碳纳米纤维(WS 2/CNFs)、金属硫化物纳米结构和三维石墨烯网络组成的纳米复合物(MnS/G)等。
关键词：锂离子电池；电极材料；过渡金属硫化物中图分类号：TM 912文献标识码：A文章编号：1002-087X(2019)06-1042-05Research progress of transition metal sulfides in lithium-ion batteriesLI Zong-feng ，DONG Gui-Xia ，KANG Jing-rui ，LI Lei ，LV Yi-nanAbstract:The performance of lithium-ion battery largely depends on the electrode materials used in lithium-ionbatteries.The latest research progress of transition metal sulfides (manganese sulfide,iron sulfide,nickel sulfide,molybdenum sulfide,tungsten sulfide,cobalt sulfide and copper sulfide)and its composites in different structures (1D and 2D,3D structure of different research in progress)in lithium-ion batteries is summarized,such as one-dimensional porous FeS 2@C nanowires,WS 2/carbon nanofibers (WS 2/CNFs),nanocomposites composed of metal sulfide nanostructures and three-dimensional graphene networks (MnS/G)and so on.Key words:lithium-ion battery;electrode material;transition metal sulfide 锂离子电池具有能量密度高、质量轻、对环境友好等优良特性，受到了广泛的关注。
过渡金属二硫化物
过渡金属二硫化物过渡金属二硫化物（TransitionMetalDichalcogenides，TMDCs）是一类具有二维晶体结构的材料，由过渡金属和硫原子组成，常见的包括二硫化钼（MoS2）、二硒化钼（MoSe2）、二硫化钨（WS2）等。
它们具有许多独特的电学、光学和机械性质，在多个领域都有着广泛的应用。
以下是过渡金属二硫化物的一些应用领域：1.光电子器件：过渡金属二硫化物在光电子器件中具有重要应用潜力，例如在光伏器件、光电探测器、光调制器等方面。
它们的优异的光学性质和调控性使其成为光电子器件的优良材料。
2.催化剂：过渡金属二硫化物可用作电催化剂、光催化剂等，在氢能、环境治理等领域具有重要应用。
例如，MoS2在水分解反应中具有良好的催化活性，可用于制备廉价高效的水电解催化剂。
3.传感器：过渡金属二硫化物的表面特性和能级结构可用于制备高灵敏度的传感器。
例如，MoS2可用于气体传感器、生物传感器等，用于检测环境中的气体、生物分子等。
4.电子器件：过渡金属二硫化物在电子器件中具有重要应用，例如在场效应晶体管（FET）、薄膜晶体管、透明导电膜等方面。
其优异的电学性质和器件可调控性使其成为电子器件的重要组成部分。
5.能源存储：过渡金属二硫化物可用作锂离子电池、超级电容器等能量存储设备的电极材料。
例如，MoS2具有优异的锂离子储存性能和电导率，可用于制备高性能的锂离子电池电极材料。
6.纳米电子学：过渡金属二硫化物作为二维纳米材料，在纳米电子学领域有着广泛的应用，例如在纳米电路、量子点器件、自旋电子学等方面。
总的来说，过渡金属二硫化物由于其独特的结构和性质，在光电子学、催化、传感、能源存储等领域都有着广泛的应用前景。
过渡金属硫化物的优点
过渡金属硫化物的优点
过渡金属硫化物的优点：过渡金属硫化物（TMDCs）是一种二维材料，其结构特殊，具有优异的机械性能、电学性能、光学性能等，并且能耗低，在纳米电子器件、光电子器件、柔性电子器件、电化学储能等领域具有广阔应用前景，成为全球材料科学界研究的热点之一。
过渡金属硫化物属于新材料，行业技术壁垒高。
过渡金属硫化物（TMDCs）中的M是指过渡金属元素，如钼Mo、钨W、钛Ti、铼Re、铌Nb等，X是指硫族元素，如硫S、硒Se、碲Te 等。
主要过渡金属硫化物有二硫化钼MoS2、二硫化钨WS2、二硫化铼ReS2、二硒化钛TiSe2、二硒化铌NbSe2、二硒化铼ReSe2等。
过渡金属硫化物研究历史悠久，早在20世纪20年代已经开始起步，80年代单层二硫化钼MoS2首次被合成。
现阶段，过渡金属硫化物制备工艺主要包括间接法与直接法两大类。
间接法又包括机械剥离法、液相剥离法两种，直接法又包括分子束外延法（MBE）、化学气相沉积法（CVD）、有机金属化学气相沉积法（MOCVD）三种。
其中，机械剥离法制备的产品面积较小，MBE法制得的产品电学性能较差，CVD法制得的产品厚度控制难度较大。
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０ 引言
在过去 １ 里， Ｏ年 纳米管 已成为纳 米技术 研究领 域 中最 新 、 最快的象征 ， 于薄层结 构材料 的微米 时代 正 自然地 向降低 活 基 性 电子成 分的纳米 时代 过渡 ， 一些 准一 、 维 固体 的特 殊物理 、 二 化学性能对应 出现 了新产 品、 新发明 ， 对人类科学作 出了新 的贡 献 。单分子 、 单原 子 、 甚至单 电子 ， 外加 强量子 尺寸效应 已建 立 了有限的小型化发展阶段 ， 除了尺寸效应外 ， 低维材料 的几何 结 构在材料研究领域 中也增 添 了新 的活力 。１８ ９ ５年 ， ｏｏ等 【 Ｋｒｔ 】 ］
发 现 了 碳 家 族 的 新 成 员 — — Ｃｏ Ｂ ｃ ｍｉｓｅ ｕｌ ｅ ｅ ， ９ １ ６（ ｕｋ ｎ ｔｒｆｌ ｒｎ ） １ ９ ｅ
材料等领域具有广阔 的应 用前景 ， 当前富勒 烯研究 的热点课 是
题 。本 文对 金 属 硫 化 物 ＭＳ （ — Ｗ 、Ｍｏ ２Ｍ 、Ｎｂ Ｔ 、 ｒＴｉＲ 、 、 ａ Ｚ 、 、 ｅ
Ｈｆ纳米管状结构 的研究现状进行 了综述 。 ）
１ ＭＳ （ ＝Ｗ 、 、 、 ａ ｚ 、 ｉＲｅ Ｈｆ 纳 ２Ｍ Ｍｏ Ｎｂ Ｔ 、 ｒ Ｔ 、 、 ）
米管 的合成
无机类富勒烯金属硫 化物 纳米材 料 的合成方 法 主要有 固一 气或气相反 应 、 板技术 、 模 激光溅 射和超导 声波化学方 法等 ， 其 中较常见的是采用纳米级 的过渡金属氧化物 或金 属三硫化 物作 为前驱体的 固一 气或气相反应合成方法 。
ｇ ｎｃ ｌｙ ｒ ｄ ｃ ｍｐ ｕ ｄ ，ｉ ｅ Ｍ ｏ ２ ａ ｅ ｕ ｓａ ｌ ｎ ｔ ｅ ｐ ａ ａ ｏ ｎ ｈ ｙ ｃ ｎ ｅ ｓ ｌ ｏ ｌ ｓ ｄ ｐ ｌ ｈ ｄ ａ ａ ｅ ａ ｉ ａ ｅ ｅ ｏ ｏ ｎ ｓ ｌ ｋ Ｓ ， ｒ ｎ ｔ ｂｅ ｉ ｈ ｌｎ ｒ ｆ ｒ ａ ｄ ｔ ｅ ａ ａ ｉ ｆ ｒ ｃｏ ｅ ｙ ｅ ｒ ｌｃ ｇ ｍ ｙ ｍ ｏ
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过渡族 金属硫 化 物 纳米 管结构族 金属 硫 化 物 纳米 管 结构 研 发现 状
刘艳清 ， 李长生 华 中。 ， ，李俊茂 颜科红 ，
（ 吉林师 范大学计算机 学院 ， １ 四平 １６ ０ ； 江苏大学材料学 院， 江 ２ ２ １ ； 吉林师 范大学物 理学 院 ， ３０ ０ ２ 镇 １０ ３ ３ 四平 １６ ０ ） ３０ ０