层状材料的分类

1、一一 热电材料热电材料二二 超级电容器超级电容器三三 半金属半金属四四 光催化光催化/ /光解水光解水一一 热电材料热电材料泽贝克效应：泽贝克效应：两种不同的金属连接起来两种不同的金属连接起来构成一个闭合回路时，如果两个连接点构成一个闭合回路时，如果两个连接点的温度不一样，就能产生微小的电压。的温度不一样，就能产生微小的电压。帕尔帖效应：帕尔帖效应：当有电流通过不同的导体当有电流通过不同的导体组成的回路时，除产生不可逆的焦耳热组成的回路时，除产生不可逆的焦耳热外，在不同导体的接头处随着电流方向外，在不同导体的接头处随着电流方向的不同会分别出现吸热、放热现象。的不同会分别出现吸热、放热现象。热电

2、材料热电材料是一种能将热能和电能相互转是一种能将热能和电能相互转换的功能材料，以泽贝克效应和帕尔帖换的功能材料，以泽贝克效应和帕尔帖效应为理论依据，可制备热电能量转换效应为理论依据，可制备热电能量转换器和热电制冷器。器和热电制冷器。材料的热电效率可定义材料的热电效率可定义热电优值热电优值ZT来评来评估估:TS2ZT 1 Bi1 Bi2 2SeSe3 3层状结构与性能：层状结构与性能：小的带隙，仅为小的带隙，仅为0.3eV0.3eV；表面扭曲，态密度增加表面扭曲，态密度增加电导率增加了一电导率增加了一倍；倍；产生二维电子气产生二维电子气泽贝克系数增加；泽贝克系数增加；表面结构无序，界面相互作用增

3、加表面结构无序，界面相互作用增加降低降低了热导率。了热导率。与块状材料相比，热电优值提高了与块状材料相比，热电优值提高了8 8倍。倍。J.Am.Chem.Soc.2012,134,202941 Bi1 Bi2 2SeSe3 3合成方法：插入合成方法：插入/ /薄层法薄层法Li-BiLi-Bi2 2SeSe3 3微型层板的合成：微型层板的合成： BiBi2 2SeSe3 3单层片的合成：单层片的合成：323232SeBiLiCOLi+SeBi32232SeBiDMFOH+SeBi-LiJ.Am.Chem.Soc.2012,134,202942 VO2 VO2 2(R)(R)结构与性能：结构与性能

4、：用用H H原子修饰原子修饰VOVO2 2(R)(R)结构表面，保证了内结构表面，保证了内部结构不发生改变，表面增加了额外电部结构不发生改变，表面增加了额外电子。子。性能：通过加氢，提高了电子之间的相性能：通过加氢，提高了电子之间的相关效应，载流子密度增加，使得关效应，载流子密度增加，使得VOVO2 2(R)(R)能存在于室温甚至低于室温的环境下，能存在于室温甚至低于室温的环境下，提高了材料的热电性能。提高了材料的热电性能。J.Am.Chem.Soc.2011,133,137982 VO2 VO2 2(R)(R)合成方法：合成方法：含氢的次铁钒矿含氢的次铁钒矿VO2VO2前体：前体：在在808

5、0下，对针下，对针铁矿进行热处理，即可得到所需样品。铁矿进行热处理，即可得到所需样品。含氢的金红石含氢的金红石VO2(R)VO2(R)：在在10Mpa10Mpa下，将上步下，将上步得到的样品挤压得到的样品挤压20min20min得到块状样品，之后得到块状样品，之后在氮气气流中进行加热，温度为在氮气气流中进行加热，温度为250250，得，得到黑色产品。到黑色产品。J.Am.Chem.Soc.2011,133,13798二二 超级电容器超级电容器超级电容器超级电容器是一种介于常规电容器与是一种介于常规电容器与化学电池之间的一种新型储能元件。化学电池之间的一种新型储能元件。存储能量可达静电电容器的存

6、储能量可达静电电容器的100100倍以上，倍以上，同时有比电池高出同时有比电池高出10-10010-100倍的功率密倍的功率密度。度。按储能机理分类：双电层电容器按储能机理分类：双电层电容器和赝电容器和赝电容器1 VOPO1 VOPO4 4 层状结构与性能：层状结构与性能：1. PO1. PO4 43-3-的引入，的引入，V V4+4+/V/V5+5+氧化还原电对有更氧化还原电对有更高的氧化还原电压；高的氧化还原电压；2. VOPO2. VOPO4 4层是类石墨烯结构，是理想的二维层是类石墨烯结构，是理想的二维材料平台，可进行组装合成；材料平台，可进行组装合成；3.VOPO3.VOPO4 4/

7、 /石墨烯混合薄膜，弥补了石墨烯混合薄膜，弥补了VOPOVOPO4 4纳纳米片的低的导电性；米片的低的导电性；NATURE COM DOI:10.1038/ncomms3431合成方法：合成方法：1 VOPO1 VOPO4 4 块状块状VOPOVOPO4 42H2H2 2O O：超薄纳米片超薄纳米片VOPOVOPO4 4：VOPOVOPO4 4/ /石墨烯混合薄膜：石墨烯混合薄膜：O2HVOPOOHPOHOV2424352烯石VOPO4/烯石VOPO4墨墨真空过滤纳米片块状丙醇，超声VOPO4VOPO4-2NATURE COM DOI:10.1038/ncomms34312 VS2 VS2 2

8、 结构与性能：结构与性能：过渡金属硫化物过渡金属硫化物金属性；金属性；层状材料层状材料可进行组装，制成薄膜，可进行组装，制成薄膜，易于转移；易于转移；二维渗透通道，高的特殊表面区二维渗透通道，高的特殊表面区域域高的导电性。高的导电性。J.Am.Chem.Soc.2011,133,178322 VS2 VS2 2 合成方法：溶液中合成方法：溶液中VSVS22NHNH3 3前体：前体：VSVS2 2纳米片：纳米片：VSVS2 2薄膜：薄膜：薄膜纳米片真空过滤22VSSV纳米片，超声2OH32VSNHVS232233NHVSTAAO12HVONaJ.Am.Chem.Soc.2011,133,1783

9、2三三 半金属半金属半金属即准金属：半金属即准金属：外表呈金属特性，但其外表呈金属特性，但其化学性质却表现金属和非金属两种性质的化学性质却表现金属和非金属两种性质的元素。它们的氧化物和氢氧化物是两性的，元素。它们的氧化物和氢氧化物是两性的，既溶于酸也溶于碱，因而准金属也称既溶于酸也溶于碱，因而准金属也称“两两性金属性金属”。半金属大都是半导体半金属大都是半导体，它们的电阻率介于，它们的电阻率介于金属和非金属之间。这类元素的电导率随金属和非金属之间。这类元素的电导率随温度上升而增加。温度上升而增加。1 Co1 Co9 9SeSe8 8 结构与性能：结构与性能：厚度仅为立方晶体的一半厚度仅为立方晶

10、体的一半特殊的电子特殊的电子结构和物理特性；结构和物理特性；含有钴原子，表面易于吸附氧原子含有钴原子，表面易于吸附氧原子使使CoCo9 9SeSe8 8平板结构更稳定；平板结构更稳定；半金属铁磁性半金属铁磁性自旋子设备。自旋子设备。J.Am.Chem.Soc.2012,134,119081 Co1 Co9 9SeSe8 8 合成方法：溶剂热法合成方法：溶剂热法超薄超薄CoCo9 9SeSe8 8纳米片纳米片 ：CoCo9 9SeSe8 8薄层状堆积物：薄层状堆积物： 由二维定向吸附的方法，将由二维定向吸附的方法，将CoCo9 9SeSe8 8堆积成薄堆积成薄层状物。层状物。89222SeCoS

11、eOO4HCo(Ac)苄甲醇J.Am.Chem.Soc.2012,134,119082 VO2 VO2 2(M) (M) 结构与性能：结构与性能：层状材料有半金属性质；层状材料有半金属性质；结构变形，对称性提高结构变形，对称性提高稳定性增强；稳定性增强；表面变形，量子限域效应表面变形，量子限域效应有一个独特有一个独特电子状态，作自旋电子器件。电子状态，作自旋电子器件。Angew.Chem.Int.Ed.2013,52,75542 VO2 VO2 2(M) (M) 合成方法：合成方法：Angew.Chem.Int.Ed.2013,52,7554四四 光催化光催化/ /光解水光解水光分解水制氢的本

12、质光分解水制氢的本质是半导体材料的光电是半导体材料的光电效应。效应。光解水制氢条件：光解水制氢条件：作为光催化材料的半导作为光催化材料的半导体材料的导带电位比氢电极电位体材料的导带电位比氢电极电位EHEH+ +/H/H2 2稍负，稍负，而价带电位则应比氧电极电位而价带电位则应比氧电极电位EOEO2 2/H/H2 2O O稍正稍正意义：意义：揭示了利用太阳能直接分解水制氢揭示了利用太阳能直接分解水制氢的可能性，开辟了利用太阳能光解水制氢的可能性，开辟了利用太阳能光解水制氢的研究道路。的研究道路。1 ZnSe 1 ZnSe 结构与性能：结构与性能：层状材料是透明的；层状材料是透明的；比块状材料有高

13、的光电流密度，量子效比块状材料有高的光电流密度，量子效率，光稳定性；率，光稳定性；比表面积大，表面原子弯曲比例高比表面积大，表面原子弯曲比例高光光吸收增强。吸收增强。NATURE COM DOI:10.1038/ncomms20661 ZnSe 1 ZnSe 合成方法：合成方法：ZnSe)(Pa)Se(Zn22乙醇PaPa代表代表n-n-丙胺丙胺NATURE COM DOI:10.1038/ncomms20662 BiOCl 2 BiOCl 结构与性能：结构与性能：三重氧化物半导体，结构开放三重氧化物半导体，结构开放易剥层；易剥层；001001面暴露，表面活性位点增加；面暴露，表面活性位点增加；空位缺陷的改变空位缺陷的改变促进光驱动，光催化活促进光驱动，光催化活性。性。J.Am.Chem.Soc.2013,135,104112 BiOCl 2 BiOCl 合成方法：合成方法：-22233OBiPVPO5H)Bi(NOBiOClNaClOBi-22BiOClBiOCl的制备：的制备：BiBi2 2O O2 2 - -的制备的制备J.Am.Chem.Soc.2013,135,104113 MoS3 MoS2 2 结构与性能：结构与性能：增加了表面积和不饱和增加了表