Advanced Materials:基于层状过渡金属二硫属化合物纳米材料的电化学能源储存应用

近年来,以可充电电池、超级电容器为代表的电化学能源储存系统虽已在可移动电子设备、电动汽车等领域得到了广泛应用,但是其能量密度和循环稳定性仍然难以满足人们日益增长的需求。因此,发展具有高比容量、高稳定性的新型活性材料对于电化学能源储存系统的进一步发展至关重要。层状过渡金属二硫属化合物(TMD)纳米材料因其具有较大的比表面积、丰富的表面/边缘原子、较大的层间距、良好的柔韧性而被认为在电化学能源储存系统中具有广阔的应用前景。此外,层状TMD纳米材料常常与碳材料、金属氧化物等其他材料进行复合,从而可有效避免因范德华力吸引所导致的TMD纳米材料在电极制备等过程中的团聚问题。

近日,今年从新加坡南洋理工大学加盟香港城市大学的张华教授课题组在Advanced Materials上发表了题为Layered Transition Metal Dichalcogenide-Based Nanomaterials for Electrochemical Energy Storage的综述文章,对层状TMD基纳米材料在电化学能源储存领域的应用研究进行了全面总结,并对该领域所面临的研究挑战及未来发展方向进行了总结与展望。 首先,作者对纯层状TMD纳米材料及层状TMD基复合材料的制备方法进行了总结,重点讨论了水热/溶剂热、化学气相沉积、液相剥离等常用的合成策略。接下来,作者总结了纯层状TMD纳米材料、层状TMD/碳复合材料、其他层状TMD基复合材料在锂离子电池领域的应用进展。随后,作者介绍了层状TMD基纳米材料在锂硫电池中所发挥的吸附多硫化物、催化多硫化物转化、保护锂金属负极等作用。进而,作者讨论了如何通过扩大层状TMD的层间距、构筑具有层次化结构的层状TMD/碳复合材料来提高层状TMD基纳米材料作为钠离子电池负极的电化学性能。之后,作者也总结了层状TMD基纳米材料在钾离子电池、镁离子电池、锌离子电池等新型电池中的应用。此外,作者还分析了层状TMD基纳米材料在超级电容器领域的应用,着重探讨了其在全固态超级电容器、微电容器、柔性超级电容器、混合超级电容器等新型器件中的应用。最后,作者总结了该领域所面临的挑战,并对未来发展方向进行了展望。相关论文以“Layered Transition Metal Dichalcogenide‐Based Nanomaterials for Electrochemical Energy Storage”为题,在线发表于Advanced Materials (DOI: 10.1002/adma.201903826)上。