二维纳米材料的可控合成及其磁电输运行为研究
新型二维材料Ti_(3)C_(2)T_(x)的合成及其在电池中的应用研究进展
新型二维材料Ti_(3)C_(2)T_(x)的合成及其在电池中的应用研究进展
陈逸钊;刘存生;成伟翔;李越珠;黄兴文;崔帅甫;刘浩华;舒绪刚;廖松义;闵永刚 【期刊名称】《功能材料》 【年(卷),期】2022(53)9 【摘 要】MXene(Ti_(3)C_(2)T_(x))是于2011年新发现的一种新型二维过渡族金属碳化物/氮化物,因其具有独特的类石墨烯层状结构、良好的金属导电性、优异的亲水性、可调控的层间距等优点,近年来在电池领域备受关注。主要总结了MXene(Ti_(3)C_(2)T_(x))及其复合材料的合成策略及制备方法,并对Ti_(3)C_(2)T_(x)复合材料在电池领域中的应用研究进展进行了归纳和展望,希望能为高性能MXene电极材料的制备及其在离子电池中的应用提供科学参考及理论借鉴。
【总页数】10页(P9025-9034) 【作 者】陈逸钊;刘存生;成伟翔;李越珠;黄兴文;崔帅甫;刘浩华;舒绪刚;廖松义;闵永刚
【作者单位】广东工业大学材料与能源学院;仲恺农业工程学院化学化工学院 【正文语种】中 文 【中图分类】TQ323.7;TM215.3 【相关文献】 1.钨原子掺杂的Ti_(3)C_(2)T_(x)MXene材料在全光谱氮气光固定中的应用2.单层Ti_(3)C_(2)T_(x)的合成和电化学行为及其电容脱盐应用3.二维材料MXene(Ti_(3)C_(2)T_(x))的制备、性能及其在纺织领域中的应用4.Ti_(3)AlC_(2)陶瓷及其衍生物Ti_(3)C_(2)T_(x)增强的Ag基电接触材料5.Ti_(3)C_(2)T_(x)/Co复合材料的合成研究
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二维材料的声子输运与热导率研究
二维材料的声子输运与热导率研究随着纳米技术的发展和应用，二维材料作为一种新型材料引起了广泛的关注。
由于其特殊的结构和性质，二维材料具有许多独特的电子、光学和热学性质，因此被认为是未来纳米器件的潜在候选材料之一。
在二维材料中，研究声子输运和热导率对于理解其传输性质和优化材料性能至关重要。
声子是固体中晶体振动的量子，其在材料中传播的方式决定了热导率的大小。
石墨烯是一种典型的二维材料，其声子输运机制已经受到广泛关注。
石墨烯中的声子传播主要由弹性散射、非弹性散射和界面散射等过程共同决定，这些过程对热导率产生了重要影响。
首先，弹性散射是影响声子输运的重要因素之一。
弹性散射指的是声子在晶格中碰撞后仍然保持能量和动量守恒的过程。
石墨烯中的弹性散射过程主要包括声子与晶格缺陷、杂质原子等相互作用。
这些相互作用可以散射声子的能量、动量，从而限制声子的传播，降低热导率。
其次，非弹性散射也对声子输运产生重要影响。
非弹性散射是声子在碰撞后能量和动量不再保持守恒的过程。
在石墨烯中，声子之间的非弹性散射主要由声子-声子相互作用引起。
这些相互作用可以导致声子的能量转移、动量转移，从而影响声子的传播和热导率。
此外，界面散射也是限制二维材料热导率的因素之一。
在二维材料中，界面散射主要指声子与材料表面或界面的相互作用。
由于二维材料的表面积相对较大，导致界面散射对声子的强烈影响。
例如，在二维材料的界面处，由于晶格结构的不连续性，声子的传播受到了限制，导致热导率的降低。
除了上述因素外，声子输运和热导率还受到温度、压力和缺陷等因素的影响。
例如，随着温度的升高，声子的能量和动量散射增加，从而导致热导率的降低。
压力也可以改变二维材料的声子输运性质，对热导率产生影响。
此外，材料中的缺陷也可以散射声子，限制其传播，进而影响材料的热导率。
为了深入研究二维材料的声子输运和热导率，科学家们采用了一系列实验和理论模拟方法。
例如，通过激光光谱技术可以测量声子的频率和色散关系，从而揭示声子的输运特性。
二维材料的光电性质研究
二维材料的光电性质研究近年来，随着纳米科技的发展和应用的不断推进，二维材料的研究成为了材料科学领域的热点之一。
二维材料由单层或几层原子组成，拥有独特的电学、光学和热学性质，相对于传统材料具有更高的表面积、可调控性和晶体质量。
其中，二维材料的光电性质研究是一个特别引人关注的领域，本文将对此进行探讨。
首先，二维材料的光电性质主要包括光吸收、光发射和光电子输运等方面。
在光吸收方面，二维材料因其特殊的能带结构和禁带宽度，表现出了独特的吸收谱和吸收强度。
石墨烯作为最早被发现的二维材料之一，具有良好的光吸收特性，在可见光和红外光范围内表现出极高的吸收率。
此外，过渡金属二硫化物（TMDs）等二维材料也因其巨大的内部光学增强效应而成为研究热点。
通过调控二维材料的层厚、异质结构、应变等因素，可以有效改变其光吸收性能。
因此，深入研究二维材料的光吸收机制和吸收谱对于其光电器件的设计和性能优化具有重要意义。
其次，二维材料的光发射性质也备受关注。
光发射是指当二维材料受到光的激发时，通过光致激发、电子激发或能级跃迁等机制而发出的光子。
二维材料的光发射行为受到能带结构、尺寸效应、表面缺陷等因素的影响。
石墨烯作为典型的零维材料，其色散关系为线性，因此呈现出了无准二维自由载流子（电子和空穴）的独特电子结构和光学性质。
而TMDs等二维半导体材料则具有禁带宽度，因此具有可调控的光发射特性。
此外，二维材料在光发射方面还有激子和激发态的重要作用。
激子是带有正负电荷的束缚态复合体，具有较低的自由激子寿命和能级结构，特别适合用于实现低阈值激光器和光电二极管等器件。
最后，二维材料的光电子输运性质也是一个重要的研究方向。
光电子输运主要指的是当二维材料中光子激发到载流子激发后，在材料内部的输运过程。
二维材料的载流子束缚性和局域性较大，因此对于其光电子输运机制的研究具有重要的意义。
例如，石墨烯的载流子输运受到了量子霍尔效应的研究启发，发现石墨烯具有高度移动性和低耗散的特性。
二维材料的制备及其器件应用研究
二维材料的制备及其器件应用研究在当今材料科学领域，二维材料引起了广泛的关注。
二维材料因其优异的电学、光学、热学和机械性质而备受瞩目，并被认为具有巨大的应用潜力。
本文将介绍二维材料的制备方法以及相关器件的应用研究。
1. 二维材料的制备方法二维材料的制备方法有很多种，常用的包括机械剥离、化学气相沉积、溶液剥离和磊晶生长等。
1.1 机械剥离法机械剥离是最早被发现的制备二维材料的方法之一。
由于二维材料的层间键强度较弱，将多层结构的材料用粘带带剥离，就可以得到单层或几层薄片。
这种方法的优点是简单易行，但其缺点是只能得到比较小的单层或几层薄片，且其产量较低，不适合大规模制备。
1.2 化学气相沉积法化学气相沉积法是一种常用的制备二维材料的方法。
其原理是将气态前体分子通过化学反应沉积在衬底表面上，形成单层或多层二维材料。
其中，石墨烯的化学气相沉积法是一种常用的方法。
该方法可以得到高质量的石墨烯薄片，并且适用于大规模制备。
1.3 溶液剥离法溶液剥离法是通过在溶液中浸泡多层结构的材料，并加入表面活性剂等物质，使得其层间键断裂，通过超声处理等方法得到单层或几层薄片。
该方法可以实现大面积、高质量的二维材料制备，但其成本相对较高。
1.4 磊晶生长法磊晶生长法是一种在衬底上生长单层或多层二维材料的方法。
其原理是将前体分子溶解在溶液中，通过控制溶液的化学反应条件、温度和压力等参数，在衬底上生长出单层或多层二维材料。
该方法可以实现高质量、可控的二维材料制备，但其成本较高。
以上四种方法各有其优缺点，可根据具体应用选择合适的制备方法。
2. 二维材料的器件应用研究2.1 石墨烯透明导电膜石墨烯是一种优异的透明导电材料，可以应用于太阳能电池、显示器和光伏发电等领域。
研究人员可以控制其厚度和控制其面积，通过自组装和沉积等方式制备出高质量的石墨烯透明导电膜，该膜具有良好的光透过率和电导率，可以满足各种应用需求。
2.2 二维半导体器件二维材料中的半导体材料可以用于制备高性能的场效应晶体管和逻辑门等电子器件。
二维纳米材料新进展
二维纳米材料新进展近年来，二维纳米材料在材料科学领域取得了重要的突破和进展。
二维纳米材料是指具有近乎二维结构的材料，通常由原子、分子或者纳米颗粒组成，具有特殊的电子、光学和力学性质。
二维纳米材料的研究领域广泛，包括碳纳米管、石墨烯、过渡金属二硫化物等。
下面将介绍几个二维纳米材料的新进展。
首先，石墨烯是二维纳米材料中最为研究热门的一种。
石墨烯是由单层碳原子按蜂窝状排列形成的。
其特殊的结构赋予了其独特的电子输运性质，使其成为高性能电子器件和光电器件的理想材料。
近年来，人们对石墨烯的研究重点从材料合成扩展到了功能化和应用开发。
研究者们通过控制石墨烯的厚度、形状和结构，实现了对其电子结构的调控。
利用石墨烯的局域化表面等离子体共振效应，可以实现表面增强拉曼散射，从而提高材料的光谱灵敏度。
此外，石墨烯在能源领域也有广泛的应用前景，例如，石墨烯基薄膜太阳能电池和储能器件等。
其次，过渡金属二硫化物也是二维纳米材料研究的热点之一、由于其特殊的电子和光学性质，过渡金属二硫化物在电子器件、光电器件、催化剂以及储能领域有着广泛的应用。
近年来的研究表明，通过合成单层或多层的过渡金属二硫化物，可以实现对其性能的精确控制。
例如，研究者们通过对过渡金属硫化物的合成条件和结构进行调控，实现了从半导体到金属的相变。
此外，二维过渡金属二硫化物的表面电子结构可通过离子液体来调节，从而控制其在催化剂和能源材料中的应用。
另外，碳纳米管也是近年来备受关注的二维纳米材料之一、碳纳米管是由一个或几个碳原子层以圆筒形方式卷曲而成的纳米材料。
碳纳米管以其特殊的电子和力学性质，在电子器件、传感器和储能器件等领域有着广泛的应用。
近年来的研究表明，通过调控碳纳米管的结构和直径，可以实现对其电子传输性质的精确调控。
此外，研究者们还通过改变碳纳米管结构的外部环境，实现了对其吸附和催化性能的调控。
这些研究为碳纳米管的应用开辟了新的途径。
综上所述，二维纳米材料的研究已经取得了重要的进展。
二维纳米材料
二维纳米材料二维纳米材料是指在空间维度上为二维的纳米结构，通常具有纳米尺度的厚度和宏观尺度的长度和宽度。
它们具有特殊的结构和性质，常常表现出与其宏观对应物质不同的特性。
以下是几种常见的二维纳米材料：1.石墨烯（Graphene）：石墨烯是一种由碳原子构成的单层二维晶体结构，具有优异的导电性、热导性和力学强度。
石墨烯是最著名的二维纳米材料之一，被广泛应用于电子器件、透明导电膜、催化剂等领域。
2.过渡金属二硫化物（TransitionMetalDichalcogenides,TMDCs）：TMDCs是一类由过渡金属与硫化物或硒化物组成的二维层状结构材料，具有优异的光电性能和调控性。
常见的TMDCs包括二硫化钼（MoS2）、二硒化钼（MoSe2）等，被广泛应用于光电子器件、光催化、传感器等领域。
3.磷化合物（Phosphorene）：磷化合物是一种由磷原子构成的二维单层材料，具有优异的电学和光学性质。
磷化合物被认为是石墨烯的有希望的替代材料，具有潜在的应用价值。
4.硼氮化物（BoronNitride）：硼氮化物是一种由硼原子和氮原子交替排列构成的二维晶体结构材料，具有优异的绝缘性和热稳定性。
它们被广泛应用于纳米电子学、热管理、润滑剂等领域。
5.二维氧化物（Two-dimensionalOxides）：二维氧化物是一类由金属和氧原子组成的二维晶体结构材料，具有多样的化学成分和结构。
它们具有丰富的化学和物理性质，被广泛研究和应用于电子器件、催化剂、传感器等领域。
这些二维纳米材料具有独特的结构和性质，在纳米科技领域具有重要的应用前景。
通过精确控制其尺寸、形状、结构和表面性质等参数，可以实现对其性质和功能的调控，拓展其在材料科学、电子器件、光电子学、能源存储等领域的应用。
二维材料的纳米结构设计与性质调控
二维材料的纳米结构设计与性质调控随着纳米科技的发展，二维材料在材料领域中逐渐崭露头角，成为许多领域的研究热点。
二维材料指的是厚度为单原子层至几层的材料，具有独特的性质和结构。
其中，具有较多应用前景的二维材料有石墨烯、MoS2等。
而在这些二维材料当中，纳米结构的设计和性质的调控更是成为了关键的研究领域。
一、二维材料的纳米结构设计随着二维材料的开发，越来越多的研究者开始关注二维材料纳米结构的设计。
二维材料的性质在很大程度上由其结构决定，因此纳米结构的控制对于二维材料的应用具有决定性的意义。
1. 拓扑结构的设计拓扑结构是指空间形态上存在的特殊性质，如在一个圆环上有一个空洞，就是一种简单的拓扑结构。
对于二维材料，拓扑结构的设计可以引入新的物理性质。
例如，拓扑绝缘体是一种在外部电场下保持电导率的材料，可用于制造新型的电子器件。
2. 点缺陷的引入在二维材料中引入点缺陷，可以使其具有新的光学、磁学和电学性质。
例如，在二维石墨烯中引入氮原子，可以使其具有特殊的光吸收性质。
同时，在二维MoS2中引入硫空位也可以使其具有新的物理性质。
3. 纳米孔的控制纳米孔可以作为分子筛、过滤器和传感器等应用。
因此，对二维材料中纳米孔的控制成为了研究热点。
通过在二维材料中引入原子拓扑结构或表面修饰，可以有效地控制其纳米孔形态和尺寸。
二、二维材料性质的调控除了纳米结构设计外，二维材料的性质调控也是二维材料研究中不可忽视的领域之一。
通过控制二维材料的化学组成、晶格结构以及缺陷的形成，可以有效地调控二维材料的物理、化学以及应用性质。
1. 化学修饰化学修饰是通过引入化学基团或在二维材料表面生成特定的化学结构来实现对二维材料性质的调控。
例如，在二维MoS2中引入不同的化学基团可以有效地调控其光学性质。
同时，在二维石墨烯中引入氧、氮等原子，可以改变其电学性质。
2. 晶格结构的调控晶格结构的调控是指通过控制二维材料的晶格结构来调节其性质。
例如，在石墨烯中实现金属化可以通过控制石墨烯的拓扑结构来实现。
二维过渡金属硫化物材料的可控合成及性能研究
二维过渡金属硫化物材料的可控合成及性能研究近年来，随着纳米材料领域的发展，二维过渡金属硫化物材料作为一种新型材料备受关注。
它具有独特的结构和性能，有着广泛的应用前景。
本文将就二维过渡金属硫化物材料的可控合成及性能研究展开探讨。
首先，我们需要了解什么是二维过渡金属硫化物材料。
二维过渡金属硫化物是由金属元素和硫元素形成的晶格结构，其层状结构使得其在多个方向上具有优异的电学和热学性能。
二维过渡金属硫化物材料的可控合成是实现其优良性能的关键。
目前，研究人员通过各种方法合成了不同种类的二维过渡金属硫化物材料，包括机械剥离法、化学气相沉积法等。
其次，对于二维过渡金属硫化物材料的性能研究也是至关重要的。
通过实验和理论模拟可以揭示其电学、光学、热学等特性。
研究表明，二维过渡金属硫化物材料具有优异的导电性和光学性能，具有广泛的应用前景。
例如，MoS2材料在光电器件中的应用已经引起了广泛的研究兴趣。
除此之外，对于二维过渡金属硫化物材料的性能调控也是当前研究的热点。
通过控制其合成条件和结构，可以实现对二维过渡金属硫化物材料性能的调控。
例如，调控MoS2材料的层数和缺陷可以实现对其光电性能的调控，为其在电子器件中的应用提供了新的思路。
最后，总结可得，二维过渡金属硫化物材料是一类具有潜力的新型材料，在光电器件、传感器、催化剂等领域具有广泛的应用前景。
研究人员对其可控合成及性能研究正在取得重要进展，但仍然面临许多挑战，如材料的稳定性、制备成本等。
未来，需要进一步深入研究二维过渡金属硫化物材料的性能和应用，以实现其在各个领域的广泛应用。
通过本文对二维过渡金属硫化物材料的可控合成及性能研究的探讨，我们可以看到这一类新型材料的潜力和重要性。
希望未来在这个领域的研究可以取得更大的突破，为人类社会的进步和发展做出更大的贡献。
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二维纳米材料的可控合成及其磁电输运行为研究
超薄二维材料因其独特的结构,优异的性能以及丰富的潜在应用,已经在凝
聚态物理,材料科学,化学和纳米科技等领域成为研究热点,并为解决一系列制约
人类社会发展进步的问题提供全新视角。然而,作为其研究应用的前提和保证,
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体系。同时,在保证二维纳米材料明确结构的前提下,实现对其表面结构和电学行
为的调控和优化。
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行为进行探索研究,从原子尺度上理解其在维度限域下微观结构与宏观磁电性能
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备,突破亚稳相1T’-MoX2单层片合成面临的相不纯和尺寸小的瓶颈。磁电输运
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上临界磁场。
这种亚稳相二维材料的合成及超导性能研究为探索拓扑超导态提供新的思
路。2.作者利用结构修饰调节层状过渡金属硫属化物纳米片的磁电输运性能。
通过酸辅助剥离,作者制备出具有可调密度的亚纳米孔结构TaS2单层纳米
片。这种结构缺陷带来可调的无序度,对TaS2单层的超导性能产生异常的增强效
应。
随着无序度增强,单层TaS2的超导温度从2.89 K增加至3.61 K,与传统沉
积型二维超导体的行为具有明显差异。相关表征证实这种现象是Ta原子结构缺
陷诱导载流子浓度提升导致的。
缺陷增强的超导行为反映出结构缺陷对二维体系的电子结构产生巨大影响,
且本征二维结构对于理解二维超导与无序的关联具有新的认识。3.作者进一步利
用化学修饰优化二维层状材料的自旋结构,并调控其磁电输运行为。
针对石墨烯因无局域磁矩而阻碍其自旋电子学发展的问题,作者通过表面化
学修饰构建了一种基于石墨烯的超顺磁结构,并在室温下实现对磁场的超灵敏响
应。通过引入活性的巯基官能团,石墨烯框架诱导出局域磁矩,并进一步调控表面
巯基的数量实现铁磁到超顺磁的磁结构转变,从而获得室温低场下大的负磁阻效
应。
超顺磁结构为石墨烯在自旋电子学领域的发展提供了新的思路。4.作者拓展
了非层状材料二维化的合成手段,为二维非层状材料的磁电输运性能研究提供平
台。
利用拓扑化学转化手段,具有二维特性的Te结构得以在层状前驱体框架中
保留,并通过液相剥离得到不同厚度的非层状Te纳米片。电学测试表明,非层状
Te纳米片的光电性能由于受到表面氧气分子吸附,表现出随着厚度切换的响应
度。
通过理论计算和对比试验,这种响应性的切换被认为是来源于光生电荷和氧
气辅助的表面缺陷态的竞争。不仅如此,非层状Te纳米片还展现出厚度相关的磁
阻行为。
此工作表明维度效应对非层状结构的电子结构和电学行为具有至关重要的
影响。