过渡金属硫化物Co_(9)S_(8)的制备及电化学性能研究进展

过渡金属硫化物Co_(9)S_(8)由于具有比电容高、倍率性能好、循环寿命长、生产成本较低等特点,是一类极有潜在应用前景的石墨替代储能材料。但Co_(9)S_(8)存在充放电过程中体积膨胀大和导电性差等问题,导致充放电过程中材料结构易破坏,容量衰减快,还不能完全满足实际市场需求。本文基于Co_(9)S_(8)不同类型复合材料在各领域的最新研究,综述了Co_(9)S_(8)材料在实际应用中通过结构设计(形貌和颗粒大小调控)、多组分掺杂以及表面包覆等策略克服该材料存在的缺陷,通过对现有研究的归纳与总结,简述针对过渡金属硫化物Co_(9)S_(8)的主要改性手段,并对其今后的研究重点提出可行性建议。

基于二维过渡金属硫化物的催化传感的研究进展

二维过渡金属硫化物是一种新兴材料,具备多种独特的性能,如最大静电效率、优越的机械强度、可调谐的电子结构、优秀的光学透明度和传感器灵敏度,被认为是潜在的、无处不在的电子、能源和传感器设备。本文综述了二维过渡金属硫化物在电化学传感器、光化学传感器、生物传感器领域的应用及研究进展,阐述了通过设计和调控金属硫化物能带位置和进行原子掺杂等,优化其催化活性,使其具有更优异的灵敏度,从而扩展其应用领域。同时讨论了表面增强拉曼(SERS)技术与现在热门的纳米酶催化技术联用的发展现状及优势。最后,展望了二维过渡金属硫化物在传感器技术面临的挑战和发展前景。

过渡金属硫化物催化剂性能优化与光催化水分解制氢研究进展

过渡金属硫化物催化剂展现出较高的光催化水分解制氢性能,且储量丰富、价格低廉,是替代贵金属铂催化剂的理想选择。综述了过渡金属硫化物催化剂的制备方法、结构形貌和产氢速率,讨论了提升过渡金属硫化物催化剂及其复合催化剂的光催化水分解制氢催化效率的策略:扩展光吸收范围、增强光生电子-空穴对分离和促进催化剂表面反应,以制备更为高效的、达到商业要求的过渡金属硫化物催化剂。最后,对未来有关过渡金属硫化物催化剂的光催化水分解制氢领域的研究进行了展望。

过渡金属硫化物WS_(2)气敏性能及敏感机理研究

采用焙烧分解法合成了过渡金属硫化物WS_(2),对其形貌、结构和成分进行了表征分析,制备了WS_(2)气体传感器,研究了其对环境污染气体NO_(2)及多种干扰气体的气敏性能。实验结果显示,相较于其他干扰气体,WS_(2)气体传感器对NO_(2)的响应灵敏度最高,具有良好的长期稳定性和气体选择性。基于密度泛函理论计算了WS_(2)分子对NO_(2)及其干扰气体的吸附能、电荷差分、态密度等微观电子特性,分析了过渡金属硫化物WS_(2)对NO_(2)的吸附机理。基于密度泛函理论的机理分析与实验结果相一致。

过渡金属硫化物相关电催化剂的设计与应用研究

自从国际社会提出“碳达峰、碳中和”目标以来,人们越来越意识到节约资源、保护环境、开发新能源的必要性.氢能(H_(2))作为最具竞争力的清洁能源之一,引起了研究人员的广泛关注.电化学全解水被认为是一种利用风能和太阳能产生氢气的有效技术,其主要由两个半反应组成:析氧反应(OER)和析氢反应(HER).然而,在实际工业化生产过程中阳极反应动力学OER慢,能量转换效率低,阴极反应稳定性差,导致经济效益不理想,因此,急需开发和探索耐久高效的电催化剂.过渡金属硫化物因具有独特的结构特征、丰富的活性位点和可调控的电子性质和组成,而被广泛用于电化学全解水制氢.本文综述了过渡金属硫化物的合成方法,一般包括:水热(溶剂热)法、电化学沉积法、液相剥离法、化学气相沉积法和球磨法,并概述了不同方法的基本概念、合成步骤以及优缺点.总结了近年用于电催化领域中典型单一硫化物(包括MoS_(2),WS_(2),Co3S_(4),Ni_(3)S_(2)等)材料的合成方法和机理,明确了S元素在整个电催化过程中的重要作用.针对单一硫化物稳定性差、活性位点少、电化学活性不高的缺点,详细总结了双金属、多金属以及单原子、双原子硫化物的催化机理和催化性能.当采用复合、引入缺陷、空缺和形态调节等手段修饰时,能够有效调控金属硫化物的电子结构,增加活性位点数量,优化反应中间体的吸附能,降低OER过程的能垒,从而使多金属硫化物具有优异的电化学性能.最后,通过一些典型的研究结果揭示了过渡金属硫化物在水分子分裂过程中的结构特性变化原理,特别是对于多金属硫化物,活性位点可以是金属阳离子,而其他金属的引入将在一定程度上改变活性中心附近的电子结构和配位环境,进而改善材料的催化性能.尽管过渡金属硫化物在电催化领域的应用研究取得了一系列进展,但仍存在诸多挑战,距实际应用仍有较大差距.需要综合考虑经济、高性能、稳定性和环境友好等因素进行过渡金属硫化物催化材料的设计、制备和性能调控,并为大规模应用提供基础.同时,深入探索电催化机理有利于设计高效电催化剂和推动电催化领域的持续发展.综上,本文为新型电催化材料的制备和电催化全解水机理的深入研究提供一定的参考.

g-C_(3)N_(4)/过渡金属硫化物复合材料的结构设计、合成及光催化应用

作为一种无机非金属半导体光催化材料,石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))由于具有独特的能带结构和晶体结构特征,在环境治理和清洁能源领域受到了广泛的关注。然而单一相g-C_(3)N_(4)存在对太阳光的响应范围偏小、比表面积小、反应活性位点少和光生电子-空穴对易复合等问题,限制了其在光催化领域的大规模使用。过渡族金属硫化物具有特殊的能带结构和优异的物理化学性质,在光催化应用中表现出较大的发展潜力。基于光催化材料当前存在的光响应范围窄、光生载流子易于复合导致光催化量子效率低、光生载流子存续时间短和反应活性位不足等问题,研究者们普遍专注于异质结尤其是Z型异质结的构建,以期解决上述问题。本文综述了g-C_(3)N_(4)和过渡金属硫化物光催化材料的性能优缺点、结构设计及反应机理等,重点梳理了异质结的构建进展情况,并展望了g-C_(3)N_(4)/过渡金属硫化物复合材料的发展前景。

基于深度学习原子特征表示方法的Janus过渡金属硫化物带隙预测

随着人工智能的发展,机器学习在材料计算中的应用越来越广泛.将机器学习应用到材料性质预测等任务中首要实现的是获得有效的材料特征表示.本文采用一种原子特征表示方法,研究一种低维、密集的分布式原子特征向量,并用于材料带隙预测任务.按照材料化学式中原子种类和原子个数,使用Transformer编码器作为模型结构,通过训练大量的材料化学式数据,从而提取参与训练元素的特征.利用该方法预测Janus结构过渡金属硫族化合物MXY(M代表过渡金属,X,Y是不同硫族元素)二维材料带隙.基于深度学习得到的原子特征向量比传统的Magpie方法和Atom2Vec方法的预测平均绝对误差更小.可视化分析和材料性质预测数值实验表明,本文提出的基于深度学习提取的原子特征表示方法,可以有效表征材料特征,并且应用到材料带隙预测任务中.

过渡金属硫化物的制备方法及其在电催化水分解中的研究进展

过渡金属硫化物因其优良的电催化性能、丰富的活性中心、可调节的电子结构、种类繁多的晶体结构以及低廉的价格等,成为电催化水分解领域的研究热点。综述了过渡金属硫化物的理化特性、典型制备方法及其电催化水分解性能的优化,讨论了通过协同复合材料设计、杂原子掺杂、刻面工程、边缘工程、缺陷工程等多种优化方法提升过渡金属硫化物作为催化材料的电化学水分解能力的方法,并对其未来的应用前景做出了展望。

过渡金属硫化物多孔负极表界面调控对稳定SEI膜的作用机制及储钠机理研究

我校化学化工学院张星博士2022年获批国家自然科学基金青年科学基金项目:过渡金属硫化物多孔负极表界面调控对稳定SEI膜的作用机制及储钠机理研究,项目编号:22205194。随着对高性能过渡金属硫化物多孔负极材料的开发和存储机理的深入研究,尽管其循环寿命、倍率性能等电化学性能得到一定提升,但受限于不稳定固体电解质界面(SEI)膜的形成以及电解液的持续分解等副反应的发生,其初始库伦效率(ICE)尚未得到有效提高。

过渡金属硫化物在电催化分解水应用中的研究进展

近年来,过渡金属硫化物(TMS)材料由于其独特的电子、光学、物理和化学性质,在电催化分解水应用方面引起了广泛的研究兴趣。系统阐述了用于制备TMS材料的一般合成方法,综合介绍了TMS在氢气析出反应(HER)、氧气析出反应(OER)以及全解水方面最新的研究进展。最后,总结了TMS材料在水分解方面的当前挑战和未来机遇,以期为合理设计和制备具有实际应用价值TMS基电催化剂提供指导和启示,从而进一步促进电解水制氢的实际应用。

无机类富勒烯过渡金属硫化物纳米材料的合成及其摩擦学应用研究进展

评述了无机类富勒烯 (IF)与过渡金属硫化物 (WS2 和 Mo S2 等 )纳米材料的合成技术及其摩擦学应用研究的最新进展 .外型为球形或近似于球形并具有嵌套中空结构的 IF- WS2 和 IF- Mo S2 纳米颗粒具有潜在的摩擦学应用前景 ;对含有 IF- WS2 纳米颗粒的复合材料和 Ni- P复合镀层的研究结果表明 ,其比含有石墨和层状 2 H- WS2 粉末的固体润滑剂具有更优异的摩擦学性能 .

过渡金属硫化物催化剂催化加氢作用机理

负载型过渡金属(Co、Mo、Ni、W)硫化物催化剂广泛应用于石油炼制催化加氢过程。为了开发高性能的加氢催化剂,过渡金属硫化物催化剂催化活性相的结构与加氢脱硫性能的关系一直以来是催化研究的热点之一。本文从过渡金属硫化物催化剂的活性相结构和反应物在催化剂表面活性位上的吸附-催化反应机理两个方面阐述了过渡金属硫化物催化剂的催化作用研究进展,并对过渡金属硫化物催化剂催化机理研究存在的争议和未来的研究方向进行了分析。

过渡金属硫化物催化剂上SO_2的还原

对系列过渡金属硫化物催化剂上CO还原SO2 的反应进行了研究 .结果表明 ,FeS的催化性能最好 ,而MnS的催化性能最差 ,其他几种催化剂的活性顺序依次为CoS >CuS >NiS .催化剂的活性与硫化物自身的氧化还原能力、所具有的晶相结构及其同SO2 的吸附键合作用力有密切的关系 .在硫化物催化剂上 ,SO2 还原的反应机理很可能是贫。

过渡金属硫化物对Claus尾气催化加氢制备硫化氢的影响

以γ-Al2O3为载体,考察了第一过渡金属亲硫元素和Cr系元素及其负载量对Claus尾气加氢生成H2S的催化活性。结果表明,经预硫化后上述负载量为10%质量分数的各元素,其催化活性按大小可以划分为4组:Ni、Co、Fe>Mo、W、Cu>Cr>Zn、Mn。针对第一组的3种元素进行物相分析表明,在反应气体积比为SO2/H2/N2=0.5/3/96.5,重量时间空速(WHSV)=6 000mL/(h.g)的强还原气氛下,Ni的催化活性相为稳定的NiS2,但Co和Fe除主晶相CoS2和FeS2外,还分别具有Co3S4和Co9S8或FeS和Fe7S8的贫硫相。

二维层状材料过渡金属硫化物

过渡金属硫化物(TMDCs)纳米材料优异的性能有利于它在纳米电子学、光电子学和自旋电子学等领域广泛地应用。主要介绍了TMDCs材料最新的进展,概述了TMDCs的制备方法、性能以及纳米结构形态。纳米TMDCs层状材料边缘态对材料性能会产生重要的影响,着重介绍了低维纳米材料边缘态对性能(化学性能、电子性能和磁性能)的影响以及边缘态最新的研究进展,特别是TMDCs材料边缘态的磁性能为其在磁性和自旋领域潜在性的应用提供了可能,并且引起了广大研究者们的兴趣,从实验和理论2个方面总结了该领域的研究成果,为二维层状TMDCs材料的研究提供了支持。

纳米过渡金属硫化物在摩擦学应用中的研究进展

介绍了过渡层状金属硫化物MX2(M=Mo、W;X=S、Se)的结构和独特的性质,综述了无机类富勒烯过渡金属硫化物纳米材料的摩擦学研究现状和近年来的研究成果。通过对包括纳米颗粒、纳米薄膜在内的纳米硫化物摩擦性能研究的介绍,评述了纳米金属硫化物的抗磨减摩机制,如滚动滑动摩擦机制、化学反应、第三体等,并对纳米摩擦学的表征方法和研究手段进行了总结。最后展望了纳米过渡层状金属硫化物在摩擦学应用中存在的问题及发展趋势。

过渡金属硫化物纳米粒子制备技术研究进展

阐述了过渡金属(如钼、铁、钴和镍等)硫化物纳米粒子制备技术进展,详细介绍了其液相化学合成技术,如溶剂热、微乳液和微波液相介电加热法等。还介绍了相关硫化物纳米粒子负载及团聚控制研究情况。提出过渡金属硫化物纳米粒子高效合成技术,为其工业应用打下基础。提出了过渡金属硫化物纳米粒子高效合成的途径。

过渡金属硫化物催化剂上NH_3还原SO_2的反应

采用沉淀法制备过渡金属硫化物与TiO2 的复合硫氧化物催化剂样品 ,考察了该催化剂上NH3 选择性还原SO2 反应。与相应的氧化物催化剂相比 ,过渡金属硫化物催化剂上NH3 选择性还原SO2 的反应活性增高 ,单质硫选择性增加。催化剂的活性与其自身的氧化还原能力、硫化物的比表面积及所属结构有一定的关系。过渡金属离子的电负性与催化剂活性呈明显的“火山型”曲线 ,电负性适中的CoS2 TiO2 催化剂的活性较高。根据以上研究提出了硫化物催化剂上NH3 还原SO2 的反应机理 ,催化剂活性来源于硫化物物相和TiO2 的双组分协同作用。

过渡金属硫化物催化剂的研究进展

金属硫化物通常被人们普遍认定为一种有害物质,但随着科学的发展,过渡金属硫化物在催化方面的应用引起了人们广泛的关注。本文介绍了过渡金属硫化物催化剂在加氢、合成醇、还原SO2等反应中的应用研究。

过渡金属硫化物纳米晶的溶剂热合成与表征

以硝酸钴(Co(NO_3)_2·6H_2O)、硝酸铁(Fe(NO_3)_3·6H_2O)和硫脲为原料,在同一混合溶剂(乙二醇和水)中通过控制两种溶剂的比例(1:2;4:1),利用溶剂热法在180℃分别恒温制备了硫化钴(CoS_(1.097))和硫化铁(Fe_3S_4)两种纳米晶.用X-射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)对样品组成、粒径和表面形貌进行了表征,荧光光谱对其荧光性质进行了测量.结果表明,所得样品分别为六方相的CoS_(1.097)和立方相的Fe_3S_4纳米粉末.在此基础上,时影响两种纳米晶形成的主要因素进行了初步的分析和讨论.