插层过渡金属硫族化物二维纳米复合材料的可控制备及电容特性

Two-dimensional layered transition metal dichalcogenides (2D LTMDs, such as MoS2, WS2, VS2, MoSe2) as high-performance environmentally friendly supercapacitive materials have potential application in energy storage due to their unsusual structures and physicochemical properties, which meets the demand of China’s new energy development strategy with a prosperous application. However, 1T-TMDs tends to revert to 2H structure on gentle heating or on aging at room temperature. The instability and extremely small interlayer distance leads to a low capacitive behavior. The main objective of this project is to construct 1T TMDs intercalated with conducting polymers (CPs). The project design desires to improve the 1T-structural stability and capacitive performance of TMDs by the intercalating CPs. The contents include that: (1) intercalating CPs based on anilines or heterocyclic compounds into TMDs to fabricate 2D LTMDs/CPs nano-composites with tunable interlayer distance, spatial configuration and electronic structure by various techniques; (2) researching the relation between the surface/interface microscopic structures, compositions and properties of nano-composites, exploring the influence disciplinarian of CPs on the 1T-structural stability and capacitive behaviors of TMDs and their interaction mechanism, thus building the best condition of the preparation of the high performance nano-composites; (3) preparing the devices based on the screened high performance 2D LTMDs/CPs nano-composite to evaluate its potential application in the supercapacitors. These works will play an important theoretical significance for the potential application of TMDs in supercapacitors.

二维层状过渡金属硫族化物（2D LTMDs，如MoS2、WS2、VS2、MoSe2等）作为高性能环境友好型电容材料以其独特的结构和物理化学性质在储能方面有潜在的应用，符合国家新能源发展战略需求。但其缺点是1T相结构不稳定且极小的层间距导致其电容性能不高。本课题拟在TMDs晶体结构中插入导电高分子（CPs），赋予1T-TMDs高稳定性和高电容。具体包括：（a）在TMDs中插入苯胺类或杂环类CPs，通过不同方法制备电子结构、层间距及空间构型可调的2D LTMDs/CPs纳米复合材料；（b）研究该复合材料的表界面微观结构、成分与性能之间的关系，探索CPs对1T-TMDs相结构稳定性和电容特性的影响规律及作用机理，以此建立该类高性能复合材料的最佳制备条件；（c）筛选高性能复合材料并构建器件，评估其在超级电容器中的可能应用。本项目的研究结果将对评估TMDs在超级电容器中的潜在应用具有重要的理论意义。

二维层状过渡金属硫族化物（2D LTMDs，如MoS2、WS2等）作为高性能环境友好型电容材料以其独特的结构和物理化学性质在储能方面有潜在的应用，符合国家新能源发展战略需求。而1T相LTMDs结构不稳定且层间距极小导致其电容性能不高。为了改善2D LTMDs的不足，本项目完成了单层或少层MoS2、WS2等纳米片、系列新型导电聚合物（CPs）插层物如聚吲哚衍生物、PEDOT衍生物或类似物等、以及2D LTMDs/CPs复合材料的制备，并详细研究了复合材料中1T相MoS2、WS2的含量、CPs分子结构、微观形貌、导电性、层间距等对其复合材料电容性能的影响。. 本项目通过化学嵌锂剥离与溶液超声剥离相结合的方法制备了单层或少层MoS2、WS2等纳米片，并通过化学或电化学方法制备了不同分子结构的CPs，利用静电层层交替吸附法、化学方法、电化学共沉积法或真空抽滤等方法制备了MoS2/聚吲哚衍生物、MoS2/PEDOTs、WS2/PEDOT-PSS等多种2D LTMDs/CPs复合材料。通过实验条件的优化，实现了复合材料的结构调控，如复合材料中的MoS2和WS2的层间距分别扩大到1.2 nm 和1.017 nm，MoS2和WS2的结构也在电活性的插层物作用下表现出较高稳定性，从而使得2D LTMDs/CPs复合材料具有高导电性、高比电容、高循环稳定性、高倍率性能等性能。同时，详细阐明了复合材料结构与电容性能之间的相关规律，为TMDs在超级电容器中的潜在应用提供了理论依据。最后构建了基于2D LTMDs/CPs复合材料超级电容器，器件具有高比电容、高循环稳定性，高倍率性能、高能量密度和功率密度，有望在未来得到应用。. 在本基金资助下，发表SCI论文34篇，其中影响因子大于3.0的SCI论文28篇；申请5项国家发明专利，其中3项已授权，培养硕士毕业生8名，其中6人被录到"985"高校攻读博士学位，参加国内学术会议14人次。