新型二维硫族化合物的结构设计及应用

发布时间：2024-03-17 13:44

　　随着能源危机和环境污染问题日益加剧,新型能源材料设计以及储能材料的研发成为解决能源问题的重要途径.近年来,二维材料(2D)结构种类繁多,性质各异,在光电子学、自旋电子学、超导、催化以及二次锂离子电池等领域都展示出了广泛的应用前景.在众多的二维材料中,二维硫族化合物表现出独特的物理、化学和电子性质而备受关注.尤其是它具有一些独特性质:其一,在结构上具有很大的比表面积,结构自身占据整个表面,提供了更多的活性位点;其二,材料的电子结构可通过外界应力、电场、边缘量子化效应以及厚度、晶格对称性和维度变化等手段加以调控;其三,普遍表现出较高的电子迁移率.这些特点使其在能源存储与转换领域具有广阔的应用前景.因此,探索和研究如何调控和设计新功能的二维硫族化合物(包括过渡金属/非过渡金属硫族化合物)材料具有重要研究意义.本文具体研究内容如下:(1)维度和氢钝化对ZnSe纳米材料电学性质的影响二维ZnSe具有独特电子结构和良好的结构稳定性,实验上已经成功制备大面积材料,带隙值在2³ eV之间,表现出优异的电化学性质.本文系统研究了二维单层ZnSe、一维ZnSe纳米带(NRs)和一维Z...

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【学位级别】：博士

【部分图文】：

图1.1美国储能系统类型和电化学储能的效率[22]

等研究,它们显示出很高的初始容量(对于Li4.4Sn为993mAhg-1),然而,这些合金材料在循环过程中承受大的体积改变和容量的衰退[21].对于负极材料,目前商业上普遍使用石墨这一传统材料作为锂离子电池负极材料,但是其理论容量低.与石墨相比,硅基材料虽然具有非常高的比容量,但....

图1.2非锂离子二次电池在经济和规模上的应用情况[22]

内蒙古大学博士学位论文4的钾元素,即钾离子系统(K-ion系统,KIB),由于地壳中钾的含量丰富和相对低的还电势电位也被广泛研究[25,26].但与钠离子系统不同的是钾离子电池倾向于可逆地嵌入到石墨中,这一点类似于LIB系统[27].目前由于Na+/K+离子尺寸增大及低的可逆性容....

图1.3半导体光催化剂分解水的氧化还原基本机理的示意图[42]

新型二维硫族化合物的结构设计及应用5KIB受到大多数负极热失控的影响,造成安全性低[36];金属氧化物,特别是过渡金属氧化物还存在大量的氧化问题[37];MIB通常包含Mg纯金属,它们在负极表面易形成电化学惰性层,形成镁枝晶,从而降低了电池效率[38].针对以上各类金属离子电池主....

图1.4MoS2的结构示意图:(a)2H-MoS2,(b)1H-MoS2,(c)1H-MoS2通过纳米粒协通催化[71].(d)第三主族单层硫化物相对分解水氧化还原势的带边位置;(e)过渡金属硫化物单层相对于分解水氧化还原势的带边

新型二维硫族化合物的结构设计及应用9率在平面内表现出高度的各向异性,沿着y轴高达10000cm2V-1S-1[81].实验上,TiS3纳米带也已经被成功制备,扫描隧穿光谱表征显示带隙值大小为1.2eV.由于适中的带隙和高的电子迁移率,TiS3单层以及纳米带已经被广泛应用,室温下T....

本文编号：3931117