层状材料的分类.ppt

一 热电材料 二 超级电容器 三 半金属 四 光催化/光解水 一 热电材料 泽贝克效应：两种不同的金属连接起来构成一个闭合回路时，如果两个连接点的温度不一样，就能产生微小的电压。 帕尔帖效应：当有电流通过不同的导体组成的回路时，除产生不可逆的焦耳热外，在不同导体的接头处随着电流方向的不同会分别出现吸热、放热现象。 热电材料是一种能将热能和电能相互转换的功能材料，以泽贝克效应和帕尔帖效应为理论依据，可制备热电能量转换器和热电制冷器。 材料的热电效率可定义热电优值ZT来评估: 1 Bi2Se3 层状结构与性能： 小的带隙，仅为0.3eV； 表面扭曲，态密度增加—电导率增加了一倍； 产生二维电子气—泽贝克系数增加； 表面结构无序，界面相互作用增加—降低了热导率。 与块状材料相比，热电优值提高了8倍。 J.Am.Chem.Soc.2012,134,20294 1 Bi2Se3 合成方法：插入/薄层法 Li-Bi2Se3微型层板的合成： Bi2Se3单层片的合成： J.Am.Chem.Soc.2012,134,20294 2 VO2(R) 结构与性能： 用H原子修饰VO2(R)结构表面，保证了内部结构不发生改变，表面增加了额外电子。 性能：通过加氢，提高了电子之间的相关效应，载流子密度增加，使得VO2(R)能存在于室温甚至低于室温的环境下，提高了材料的热电性能。 J.Am.Chem.Soc.2011,133,13798 2 VO2(R) 合成方法： 含氢的次铁钒矿VO2前体：在80℃下，对针铁矿进行热处理，即可得到所需样品。 含氢的金红石VO2(R)：在10Mpa下，将上步得到的样品挤压20min得到块状样品，之后在氮气气流中进行加热，温度为250℃，得到黑色产品。 J.Am.Chem.Soc.2011,133,13798 二 超级电容器 超级电容器是一种介于常规电容器与化学电池之间的一种新型储能元件。存储能量可达静电电容器的100倍以上，同时有比电池高出10-100倍的功率密度。 按储能机理分类：双电层电容器和赝电容器 1 VOPO4 层状结构与性能： 1. PO43-的引入，V4+/V5+氧化还原电对有更高的氧化还原电压； 2. VOPO4层是类石墨烯结构，是理想的二维材料平台，可进行组装合成； 3.VOPO4/石墨烯混合薄膜，弥补了VOPO4纳米片的低的导电性； NATURE COM DOI:10.1038/ncomms3431 合成方法： 1 VOPO4 块状VOPO4·2H2O： 超薄纳米片VOPO4： VOPO4/石墨烯混合薄膜： NATURE COM DOI:10.1038/ncomms3431 2 VS2 结构与性能： 过渡金属硫化物—金属性； 层状材料—可进行组装，制成薄膜，易于转移； 二维渗透通道，高的特殊表面区域—高的导电性。 J.Am.Chem.Soc.2011,133,17832 2 VS2 合成方法：溶液中 VS2·NH3前体： VS2纳米片： VS2薄膜： J.Am.Chem.Soc.2011,133,17832 三 半金属 半金属即准金属：外表呈金属特性，但其化学性质却表现金属和非金属两种性质的元素。它们的氧化物和氢氧化物是两性的，既溶于酸也溶于碱，因而准金属也称“两性金属”。 半金属大都是半导体，它们的电阻率介于金属和非金属之间。这类元素的电导率随温度上升而增加。 1 Co9Se8 结构与性能： 厚度仅为立方晶体的一半—特殊的电子结构和物理特性； 含有钴原子，表面易于吸附氧原子—使Co9Se8平板结构更稳定； 半金属铁磁性—自旋子设备。 J.Am.Chem.Soc.2012,134,11908 1 Co9Se8 合成方法：溶剂热法 超薄Co9Se8纳米片 ： Co9Se8薄层状堆积物： 由二维定向吸附的方法，将Co9Se8堆积成薄层状物。 J.Am.Chem.Soc.2012,134,11908 2 VO2(M) 结构与性能： 层状材料有半金属性质； 结构变形，对称性提高—稳定性增强； 表面变形，量子限域效应—有一个独特电子状态，作自旋电子器件。 Angew.Chem.Int.Ed.2013,52,7554 2 VO2(M) 合成方法： Angew.Chem.Int.Ed.2013,52,7554 四 光催化/光解水 光分解水制氢的本质是半导体材料的光电效应。 光解水制氢条件：作为光催化材料的半导体材料的导带电位比氢电极电位EH+/H2稍负，而价带电位则应比氧电极电位EO2/H2O稍正 意义：揭示了利用太阳能直接分解水制氢的可能性，开辟了利用太阳能光解水制氢的研究道路。 1 ZnSe 结构与性能： 层状材料是透明