二维石墨烯类似物在能源存储应用中的应用

随着化石燃料的不断消耗,能源危机是现代人类社会所面临的最为迫切的挑战之一,寻找清洁可替代的能源有望解决这个问题。由于自然能源如风能、潮汐能以及地热能存在自身的局限性(间歇性、地域性等),为了应对日益增长的能源需求,迫切需要设计和研发绿色、可持续的、高效、低成本的新型能源存储器件(如超级电容器和电池),可用于智能手机、平板电脑、相机、汽车等日常生活用品当中。研究和发现新的、更加优异的电极材料是实现高性能能源存储的关键要素之一。近年来,石墨烯等二维材料由于其优异的物理化学性质,在电子器件、复合材料、传感器、催化以及能源转换与存储等领域展示了潜在的应用前景。二维石墨烯类似物如过渡金属硫化物、过渡金属氧化物、过渡金属氢氧化物以及磷烯和硅烯等,由于其优异的性质特别是电化学性能,在能源存储领域展示了广阔的应用潜力。

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近日,来自法国斯特拉斯堡大学超分子化学研究所的张小岩博士和Paolo Samorì教授等合作者应邀在Advanced EnergyMaterials上发表题目为2D Materials Beyond Graphene for High-Performance Energy Storage Applications”的综述文章,他们系统分析和探讨了二维石墨烯类似物的制备、性质以及作为能源存储材料的性能、影响因素,二维石墨烯类似物作为电极材料的优缺点和面临的机遇及挑战。作者最后指出了利用二维石墨烯类似物制备高性能的能源存储器件需要解决的几个问题:低成本、高效、大规模地制备高质量的二维石墨烯类似物,以及精确的尺寸和层数控制;与高导电材料如石墨烯等复合,以解决其低导电性问题;进一步深入研究结构和性能之间的关系,以及通过理论分析和实验表征明晰其能源存储机理;需要学术界和工业界的紧密合作,以期解决二维石墨烯类似物在能源存储应用中所面临的实际问题。

这篇文章得到了审稿人和编辑的高度评价,该成果近期发表在Advanced Energy Materials(DOI: 10.1002/aenm.201600671)上,第一作者为张小岩博士。

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