过渡金属碳化物及氮化物在能量储存与转换中的应用

能源是人类文明和社会发展的基石。所有来自大自然的清洁能源都必须被收集并转化成其它能量形式来进行储存和利用。在这其中,燃料电池和电化学储能设备是目前新型绿色储能和能量转化领域的研究重点。燃料电池可通过催化氢气和氧气进行电化学反应产生电力,但目前所使用的铂基金属催化剂电极由于其昂贵的价格阻碍了它的大规模商业化应用和发展。另一方面,锂离子电池,钠离子电池以及超级电容器都是电化学储能设备的研究热点,而制约它们发展的瓶颈也是电极材料。因此,研究与发展高性能的电极材料是当今储能以及能量转换领域的核心环节之一。

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过渡金属碳化物(TMCs)及氮化物(TMNs)由于其优良的物理性质、导电性以及化学稳定性而受到广泛研究。自1973年Levy 与 Boudart发现碳化钨具有类铂的催化性质以来,越来越的科研工作者开始研究过渡金属碳化物及氮化物作为能量储存与转换的电极材料。

基于过渡金属碳化物及氮化物在能量储存与转换中的快速发展,中国浙江大学夏新辉研究员和新加坡南洋理工大学范红金教授结合他们实验室的工作,对近年来基于过渡金属碳化物及氮化物在能量储存与转换的最新研究进展进行了综述。该文章旨在为该领域的研究者整理介绍近年来基于过渡金属碳化物及氮化物作为电极材料的研究进步。文章首先介绍各类材料的制备方法,制备条件以及方法思路。接着详细介绍每一种金属碳化物及氮化物在不同领域的应用,并详尽系统阐述了每一种材料的优缺点。最后,对现有金属碳化物及氮化物研究所存在的瓶颈和未来新型金属碳化物及氮化物的发展前景阐述了自己的观点。

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