二维材料综述 在能源领域的应用总结课件

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21.StructuralEngineeringof2DNanomaterialsforEnergyStorageandCatalysis

该综述为余桂华教授及其团队发表于AdvancedMterials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.StructuralEngineeringof23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H2O2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62.2Dmaterialsfor1Delectrochemicalenergystoragedevices

该综述为悉尼大学YuanChen老师表于EnergyStorageMaterials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.2019.02.0202.2Dmaterialsfor1Delectro7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-f1D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MnO2/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2DMnO2纳米片，两个MnO2/CF电极平行放置并用PVA/Na2SO4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Ti3C2TxMxOx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1083Fcm-3、3188mFcm-2、428Fg-1和118mFcm-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Ti3C2Tx113.Strategiesforimprovingthelithium-storageperformance

of2Dnanomaterials

该综述为昆士兰大学ZiqiSun老师表于NationalScienceReview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/nwx0773.Strategiesforimprovingth12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)154.2DMetalChalcogenidesIncorporatedintoCarbonandtheirAssemblyforEnergyStorageApplications

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.2018001484.2DMetalChalcogenidesInco16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)．Applicationsof2DMXenesinenergyconversionandstoragesystems.(Chem.Soc.Rev.,2019.

DOI:10.1039/c8cs00324f)

(2).Holey2DNanomaterialsforElectrochemicalEnergyStorage.Atomic-ScaleStructuralModificationof2DMaterials.（Adv.EnergyMater.2018,DOI:10.1002/aenm.201702179）(3).2DMaterialsBeyondGrapheneforHigh‐PerformanceEnergyStorageApplications（Adv.EnergyMater.2016,DOI:10.1002/aenm.201600671）

(4).Two-dimensionalMXenesforEnergyStorage.（ChemicalEngineeringJournal.2017,DOI:10.1016/j.cej.2017.12.155）

(5).Twodimensionalbismuth-basedlayeredmaterialsforenergy-relatedapplications(EnergyStorageMaterials.2019.DOI:10.1016/j.ensm.2019.03.021)

(6).2DBlackPhosphorus:fromPreparationtoApplicationsforElectrochemicalEnergyStorage.（AdvancedScience.2018,DOI:10.1002/advs.201700491）

(7).Two-dimensionaltransitionmetaldichalcogenidehybridmaterialsforenergyapplications.(NanoToday.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22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231.StructuralEngineeringof2DNanomaterialsforEnergyStorageandCatalysis

该综述为余桂华教授及其团队发表于AdvancedMterials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.StructuralEngineeringof224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25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H2O2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26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272.2Dmaterialsfor1Delectrochemicalenergystoragedevices

该综述为悉尼大学YuanChen老师表于EnergyStorageMaterials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.2019.02.0202.2Dmaterialsfor1Delectro28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-f1D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29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30内容详解MnO2/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2DMnO2纳米片，两个MnO2/CF电极平行放置并用PVA/Na2SO4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31内容详解MXenes纤维电极通过将CNT板与Ti3C2TxMxOx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1083Fcm-3、3188mFcm-2、428Fg-1和118mFcm-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Ti3C2Tx323.Strategiesforimprovingthelithium-storageperformance

of2Dnanomaterials

该综述为昆士兰大学ZiqiSun老师表于NationalScienceReview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/nwx0773.Strategiesforimprovingth33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34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35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)364.2DMetalChalcogenidesIncorporatedintoCarbonandtheirAssemblyforEnergyStorageApplications

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.2018001484.2DMetalChalcogenidesInco37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？38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39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40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41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)．Applicationsof2DMXenesinenergyconversionandstoragesystems.(Chem.Soc.Rev.,2019.

DOI:10.1039/c8cs00324f)

(2).Holey2DNanomaterialsforElectrochemicalEnergyStorage.Atomic-ScaleStructuralModificationof2DMater