基于空间限域内可控制备氮掺杂钼基复合材料及其性能研究

The properties of Mo-based material are closely related to their structure. Therefore, the controllable synthesis of Mo-based material with morphology, composition and structure offers the ability to tailor properties for new applications, and is of high fundamental scientific as well as practical value. Based on our initial preliminary findings, we will systematically study the effect of the different guest-host, Mo-N bond, the nitrogen doped structure on the properties of the composites by taking advantage of the confined two-dimensional and three-dimensional space of the precursor. We will study the properties of the Mo-based composites and their potential applications, including electrochemical energy storage and electrocatalytic hydrogen evolution . We will also investigate the relationship between structure and properties. This project will not only lead to a simple, effective and controllable method for the synthesis of Mo-based composites, but also provide valuable information about the characteristics and basic rules governing reactions in confined two-dimensional and three-dimensional spaces.

氮掺杂钼基复合材料的性能与其结构组成密切相关，实现其形貌、组成和结构的可控制备是调节钼基复合材料性能、实现其更广泛应用的关键，具有重要的科学意义和应用价值。在已取得初步研究结果的基础上，本项目拟利用二维及三维空间限域效应制备不同氮掺杂钼基复合材料，重点研究空间限域反应下主/客体材料的变化规律、主客体间Mo-N键的作用机制以及材料表面/界面处的氮掺杂结构对其性能的影响规律，并将其应用于电化学储能、电催化析氢等领域，揭示氮掺杂钼基复合材料结构与性能间的关系规律。通过本项目的立项和实施，有望建立一条简单、高效、可控的氮掺杂钼基复合材料制备方法，并为利用限域条件下制备复合功能纳米材料提供理论依据。

钼基复合材料的结构与组成对其性能有着至关重要的影响，实现形貌、组成和结构的可控制备是调节其性能、实现更广泛应用的关键，具有重要的科学意义和应用价值。本项目利用空间限域效应，通过对前驱体中有机配体的种类及数量控制，成功实现可控合成一维纳米管、二维纳米片及三维空心球复合材料。通过自制MoS2纳米管作为前驱体，利用表面限域效应制备MoP/MoS2复合材料在0.5 M H2SO4中过电位仅为68 mV；将M-600二维薄片状样品作为锂离子电池负极，在0.3 C下可逆容量可达1250 mAh g-1；将PM-500三维空心球样品作为钠离子电池负极，在0.16 A g-1的电流密度下可逆容量科大410 mAh g-1；利用三维限域反应实现MoS2/CMK-3复合材料的可控合成，与纯相MoS2相比，其展现出优异的电催化析氢活性，过电位为141 mV；将其扩展到其它体系，也取得了较好的效果。本项目通过空间限域反应合成出不同种类的钼基复合材料，并系统研究了不同种类的过渡金属氧化物及硫化物、不同的合成方法对材料结构组成及性能的影响与调控规律。揭示了空间限域反应下主/客体材料的变化规律、主客体间Mo-N键的作用机制以及材料表面/界面处的氮掺杂结构对其性能的影响规律，为催化科学的发展奠定理论和实验基础。