超薄2H@1T'-MoTe2纳米片异相结的控制合成及其在超级电容器中的应用研究

Layered transition metal dichalcogenide compounds have rich crystal chemistry characteristics, high surface area, flexible structures and tunable function, affording them excellent electronic and catalytic performances. Compared to MoS2, The electronic negativity and energy proximity of metallic and semiconductor phase of MoTe2 increase the research difficulty on the synthesis of ultrathin MoTe2. This project will use colloidal chemistry method to controlled synthesize ultrathin nanosheets of MoTe2. The selective synthesis of semiconductor phase and metallic phase will be achieved by adjusting synergism of reductive atmosphere and ligands. Finally well-defined hetero-phase nanojuctions can be realized to signifianly enhance the electrochemical energy storage performance. We will track the growth of nanosheets, phase transformation by TEM, Raman, and XPS. Spherical aberration corrected Scanning Transmission Electron Microscope will be used to investigate defects, boundaris of ultrathin metallic phase and homojunctions. Electrochemical supercapacitor will be constructed to study their energy storage performance. The structure-property relationship between nanosheet defects, phase changes and performance will be established, and the stability mechanism of metallic phase will be clarified. Finally a preparation techniques of the synergetic enhancement of electronic conductivity and electrochemical activities for the energy storage and transformation should come true. The results can open a new avenue for the design of efficient and stable new energy devices.

层状过渡金属硫属化合物丰富的晶体化学特性、较高的比表面积、良好的结构柔性和功能可调性赋予了它们优异的电学和催化性能。Mo、Te的电负性的接近性和金属相/半导体相的能量相近性使得MoTe2的控制合成科学难度增加。本项目拟采用胶体化学方法控制合成MoTe2超薄纳米片，通过反应系统的还原气氛和配体的协同作用，选择性合成半导体相和金属相MoTe2，获得结构完美的2H@1T'同质异相结，显著提高电化学储能性能。以TEM, Raman, XPS等手段跟踪纳米片生长与相变过程，以球差电镜研究金属相和异相结的晶界、表面缺陷等精细结构，采用电化学超级电容表征储能性能。确立超薄纳米片缺陷、物相变化与性能的构效关系，阐明金属相的稳定机制，建立协同提高导电性和电化学活性的异相结材料制备技术，为设计高效稳定的新能源器件提供新思路。

Mo、Te原子电负性的接近性和1T/2H相的能量相近性使得MoTe2的制备难度增加。本项目发展了原子掺杂、模板限域等方法，实现了物相和异相结的控制合成，为其在能量存储与转化、生命检测等多种领域的应用奠定了基础。.1、以2H-MoS2花状纳米片为前驱体，开发了一种Te辅助转化制备Te掺杂1T@2H-MoS2异相结的方法，将其作为高效的超级电容器负极材料。Te原子引入MoS2晶格提高了电导率，相邻的Mo原子在能量储存过程中具有更强的接受电子的能力。同质结电极在循环过程中使性能得到提升，10000次循环后，10 A g-1的电流密度下表现出2247.6 F g-1的比电容，为掺杂促进异相结提高储能提供了一种新思路。.2、以氮掺杂碳布负载的1T-MoS2纳米片为前驱物，通过高温Te化制备了负载型2H-MoTe2纳米片，S掺杂碲空位的特征使其具有丰富的活性位点，可以直接用作工作电极，100 mA cm-2的电流密度下，S-VTe-2H MoTe2/NCC表现出217 mV的过电位，进一步拓展了MoTe2的应用方向。通过控制Te空位浓度，实现了从MoO3纳米带到1T′-、2H-以及1T′@2H-MoTe2的可控制备，其中1T′@2H-MoTe2作为钠离子电池负极材料时表现出良好的性能，电流密度10 A g−1时，也能保持120 mA h g−1的比容量；Te空位驱动的相变过程为MoTe2的相工程拓展了新的思路。.3、采用Mo3O10(C2H10N2)的有机-无机杂化纳米线对碲化过程进行约束控制，引入了石墨烯进行限域生长，得到了石墨烯包覆的一维1T′-MoTe2纳米棒，是一种良好的锂离子电池负极材料，丰富了制备一维纳米层状材料的方法。改变石墨烯的用量，得到了不同比例石墨烯包裹的1T′-MoTe2纳米棒，并将其应用于电化学检测多巴胺，表现出优异的检测限、特异性和稳定性，是MoTe2在生命检测领域的发展和突破。.4、利用石墨烯的限域作用，将负载的MoO3纳米球进行高温碲化，得到了高分散MoTe2纳米粒子，可以同时作为大电流析氢催化剂和超级电容器负极材料。进一步地，将单原子Mo源原位聚合固定在氮掺杂炭黑上，经原位碲化，制备了氮掺杂碳负载超小单分散MoTe2纳米粒子，具有丰富的活性位点，可以用作多巴胺的高效检测材料。该方法可以进行拓展制备负载型丰富活性位点的TMDs超小纳米粒子。