盐模板法制备大尺寸非层状二维过渡金属氧化物

2016042544652中国在中长期科学与技术发展规划纲要中将研究开发超级电容器关键材料与技术列为重点发展的前沿方向之一。前期研究表明,具有超微內晶孔道的六方相WO3(h-WO3)、h-MoO3过渡金属氧化物具有高的本征比表面积,并表现出优良的赝电容特性。如果能将这类材料制备出具有原子层厚度的二维结构,那么就可以让几乎所有的原子都暴露在电解液中,从而实现离子的快速传输。此前报道的制备方法主要集中于制备具有本征层状结构的二维材料,而如何实现大尺寸的非层状结构二维材料的制备仍然是一个挑战。

4月22日,《自然•通讯》(Nature Communications)杂志在线发表了武汉光电国家实验室(筹)周军教授、唐江教授与美国Drexel大学Yury Gogotsi教授(我校荣誉教授)及清华大学焦丽颖教授等的合作研究论文。他们采用盐(NaCl、KCl等)作为模板,利用盐表面和目标产物的晶格匹配,并结合盐中阳离子的诱导,首次实现了具有较大尺寸二维h-WO3、h-MoO3的制备。该制备方法成本低廉、产量大,兼具传统气相沉积法和水热合成法的优点。同时,该方法具有普适性,可以扩展到其他非层状二维过渡金属氧化物的制备(例如,单斜相MoO2和立方相MnO)。进一步研究表明,所制备的二维h-MoO3六方具有优异的赝电容特性:在有机电解液中,电容值最大可达996 C/g(2 mV/s扫速),接近于理论值(1005 C/g);在Al2(SO4)3电解液中,其体积电容达到了300 F/cm3,为目前报道的最高值。

博士生肖旭、宋怀兵同学为该研究论文共同第一作者,周军教授、唐江教授、Yury Gogotsi教授为共同通讯作者。上述研究工作获得了国家自然科学优秀青年基金、中组部“青年拔尖人才”、中组部“青年千人计划”及光电国家实验室主任基金等项目的支持。该研究还得到了美国佐治亚理工学院王中林教授和丁勇博士的帮助,在此表示感谢。

周军教授是我校引进并培养的青年学者,致力于新能源材料及器件研究工作,2010年以来以我校为第一单位发表或接受通讯作者(含共同通讯)SCI论文38篇,包括Adv. Mater. (6篇)、Energy Environ. Sci (2篇)、Angew. Chem. Int. Ed. (2篇)、Nano Lett. (2篇)等影响因子10.0以上论文29篇,其中6篇单篇引用超过100次,10篇入选ESI高被引论文。先后获全国优秀博士学位论文、国家自然科学优秀青年基金、中组部“青年拔尖人才”支持计划、“长江学者奖励计划”青年学者等学术奖励和人才计划。

论文链接:http://www.nature.com/ncomms/2016/160422/ncomms11296/full/ncomms11296.html

(据华中科技大学)

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