image: 二维材料的三大调控战略 view more
Credit: ©《中国科学》杂志社
石墨烯、过渡金属氧化物以及过渡金属硫化物等二维材料的发展给高性能电极材料的研发提供了史无前例的机遇。尽管二维材料在锂电池领域取得了显著的进展，但仍面临着诸多挑战。比如，对于层状石墨烯薄片来说，当前苛刻的制备工艺以及严重的自身团聚等问题使其在电极材料的应用中黯然失色；而对于大部分低成本的金属氧化物来说，较低的导电率以及在反复的离子插层过程中诱发的体积膨胀难题成为阻碍其在电池领域大展身手的绊脚石。在具体电池应用中，这些电极材料往往表现出较低的初次库伦效率、较大的不可逆电容以及较明显的电容量衰退等一系列不良后果，极大地阻碍了商业化的步伐。近年来，人们开始对二维材料进行调控以期望能有效地克服或部分缓解这些问题来满足锂电池对倍率性能以及循环稳定性的要求。正是这些调控手段使得二维材料在电池领域有了更出色的表现。 《国家科学评论》最近发表了澳大利亚昆士兰科技大学孙子其课题组以及伍伦贡大学超导与电子材料研究所窦士学院士共同撰写的综述文章“Strategies for improving the lithium storage performance of 2D nanomaterials”（https://doi.org/10.1093/nsr/nwx077）。这篇文章总结了当前二维材料常用的三大调控策略：（1）导电基体杂化；（2）边缘或表面功能化；（3）结构优化。其中，导电基体杂化策略可以有效地改善电导率以及体积膨胀问题，研究中广泛采用的导电基质有纳米碳、碳纳米管、石墨烯、高分子聚合物以及金属纳米颗粒等；边缘或表面功能化策略主要依靠原子或离子掺杂以及缺陷工程来实现，通过一些原子或离子的引进或者消除，可以引发自身电子结构、表面化学活性以及层间距离的变化，从而更好地适应锂离子的嵌入与脱嵌行为；对于结构优化，主要从厚度控制、尺寸大小、孔径分布以及表面形貌等方面进行探索，尤其是多孔结构的引入将会极大地改善电化学性能。文章相信，这些策略将为二维材料开拓更广阔的发展和应用空间，并对未来电极材料的探索研究提供一些借鉴。
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Journal
National Science Review