孙靖宇/窦世学Small: VIB族过渡金属二硫族化合物的制备、稳定化和能源应用
雨辰 雨辰 2021-03-19

VIB族层状过渡金属二硫族化合物(TMDs)在能量储存和转化领域有着广泛的应用。随着半导体状态的存在,其金属相以其独特的物理化学性质引起了人们的广泛关注。已经进行了许多努力来获得具有高纯度和高产率的金属TMD。然而,这种金属相在热力学上是亚稳态的,并且倾向于转变成半导体相,这就需要探索保证其稳定性的有效策略。

有鉴于此,苏州大学孙靖宇教授、澳大利亚伍伦贡大学窦世学教授等人,介绍了典型的制备方法,并详细讨论了制备过程中的关键因素。此外,通过具体示例总结了稳定化策略,重点介绍了实现有效稳定化的关键机制。最后,概述了新兴的能源应用。

本文要点

11992年,Wypych等人发现了第一个VIB族的金属TMD (1T相MoS2),然而,直到近年来,它们令人着迷的特性才引起人们的重视。以1T相MoS2为首的那些金属族VIB TMD的兴起,为改善传统2H相TMD在能源应用中的性能提供了巨大的潜力,并为拓宽其应用场景提供了可行性。

2从制备、稳定及其在能量储存和转换中的应用等方面综述了其详细的机理和最新进展。具体来说,根据分类标准的不同,金属相的典型制备方法也会有所不同。例如,根据合成路线可分为化学法和物理法,根据结构包装路线可分为自上而下法和自下而上法。根据详细的相变机理将这些方法大致分为三类:合成方法(主要基于化学反应,例如水热和胶体方法),直接生长(强调CVD,助熔剂,和MBE方法)和诱导方法(反映外部条件的刺激(例如辐射和压力方法)的影响)。

3首次基于详细的稳定机制对稳定那些亚稳结构的一般策略进行了分类。金属相的固有不稳定性是由过渡金属的未占据电子轨道引起的,因此将多余的电子引入空轨道是增强稳定性的最直接方法,DFT计算也证实了这一点。实际上,只要杂原子(例如Co和Nb)和化合物(例如BiSe和Ca2N)具有可转移的电子,它们都可以用作电子给体。杂原子通常以掺杂方式提供电子,而优选这些化合物作为中间层并通过直接接触1T相TMD来提供电子。此外,水分子的嵌入也被证明可以有效地增强1T相MoS2的稳定性,这不仅取决于电子给体,而且还成功地防止了MoS2层的重新堆积。解决亚稳态特性的另一种典型方法是寻求外力的帮助,以“强迫”它们保持稳定性。同样,DFT计算也表明适当的应变可以大大增强耐久性。应变可以从不同的来源获得。

总之,该工作对VIB金属族TMDs的研究现状进行了全面的综述,旨在促进进一步的科学研究,促进未来在能量存储和转换领域的实际应用。

参考文献:

Yihui Li et al. Metallic Transition Metal Dichalcogenides of Group VIB: Preparation, Stabilization, and Energy Applications. Small, 2021.

DOI: 10.1002/smll.202005573

https://doi.org/10.1002/smll.202005573


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