高相转变温度的类金属1T层状硫化物的液相合成及性能研究

The metallic 1T structure of layered transition metal chalcogenide has excellent electrical conductivity and greatly improves its electrocatalytic and electrochemical energy storage properties. However, the low phase transformation temperature causes the thermodynamically metastable 1T phase spontaneously changing into the thermodynamically stable 2H phase, which finally reduce the using life of the energy storage devices. This project intends to take the development of electrode materials for high-energy storage devices as the background. Taking the liquid synthesis of metalloid 1T layered sulfide nanomaterials with high phase transformation temperature as the breakthrough point. The project intends to design synthesis metallic 1T layered chalcogenide nanomaterials with adjustable crystal structure and electronic structure through the doping or intercalation of Mn、Fe、Ni, etc. The effects of solvent, reaction conditions, valence and species of metal salt precursors on the phase, composition and morphology of 1T layered sulfides and polybasic compounds and its formation mechanism will be systematically investigated. And the structure-activity relationship between elemental composition, valence and coordination environment of the metallic phase material and its configuration, electronic structure, phase transformation temperature and electrical conductivity will be also studied. Establish a relationship model between the composition, structure, electron transport law and physicochemical properties of transition metals in metallic phase 1T layered sulfide nanomaterials, and provide basis for the development of high-efficiency synthesis of metallic 1T layered materials with high phase transformation temperature. Forever, the performances in electrocatalysis hydrogen evolution and electrochemical energy storage area of the obtained materials are studied systematically to provide a material basis for efficient energy storage and conversion devices.

层状过渡金属硫化物的类金属相1T结构具有优良的导电特性，能够大幅度提高材料的电催化和电化学储能性能。但是低的相转变温度会使亚稳态的1T相自发转变为热力学稳定的2H相，降低了储能器件的寿命。本项目拟以高效储能器件电极材料的开发为背景，以高相转变温度的类金属1T MX2层状硫化物材料的液相合成为突破点，通过供电子体Mn、Fe、Ni等过渡金属元素的引入，设计合成晶体结构和电子结构可调的1T MX2材料，系统研究反应温度、金属盐前驱体价态和种类等对物相、组成和形貌的影响，系统考察金属相材料元素组成、价态和配位环境等与其相转变温度、导电性和热稳定性之间的构效关系；建立过渡金属在1T MX2中的组成、结构、电子传输规律和物化性能之间的关系模型，为高效合成高相转变温度的1T材料的开发提供依据。在此基础上，探索所得材料在电催化析氢和电化学储能等领域的应用，为开发高效的能源存储与转换器件提供材料基础。

本项目以高效储能器件电极材料的开发为背景，以高相转变温度的类金属相硫属化物纳米材料的液相合成为突破点，通过不同比例和种类的过渡金属掺杂对硫属化合物纳米材料及其复合材料的合成方法探究，实现了晶体结构（结晶性、物相等）、电子结构（掺杂、替位取代等）和物理化学性质（相转变和热稳定性等）的调控，并对过渡金属稳定层状硫属化物的形成机理有一个深刻认识。在此基础上，建立过渡金属在金属相硫属化物纳米材料中的组成、结构、电子传输规律和物化性能之间的关系模型，为高相转变温度的1T MX2层状硫属化物及高效的新型清洁能源存储与转换器件的开发提供材料基础。在重要刊物上发表2篇学术论文，2篇撰写中。.在合成化学理论指导下，本项目通过反应体系的设计，以过渡金属Fe元素和硫化钼为对象，通过液相法合成并筛选出具有良好催化活性的形貌可控的、组成可调节的（Fe-MoS2纳米结构及其复合结构）和晶相可控（半导体相和类金属相）等的新型硫属化合物纳米材料。通过筛选过渡金属种类，改变溶剂等反应条件，设计合成了Fe掺杂在碳布上的半导体相2H-MoS2层状材料（Fe-Mo-S/CC）、Fe接枝类金属相1T-MoS2、Pt-FeMoS2/碳布异质结构和Fe-MoS2/SiC复合材料，通过Raman和XPS等结构表征确认了半导体和类金属结构的形成,初步判明了过渡金属Fe对活性电子结构和催化活性的影响作用,进一步采用同步辐射(EXAFS、XANES光谱分析)表明过渡金属Fe引入后本体及界面的电子结构变化。系统考察了金属掺杂含量、不同相结构和电子结构等对固氮、电催化析氢、SF6降解以及硝基苯还原性能的影响和相互作用规律，为开发高效的新型清洁催化剂及能源存储与转换器件提供材料基础。