近期，中科院合肥研究院固體所功能材料研究室朱雪斌研究員課題組在強(qiáng)磁場(chǎng)下二維材料合成制備方面取得新進(jìn)展，采用強(qiáng)磁場(chǎng)水熱法合成了1T-MoS₂和Ti₃C₂ MXene異質(zhì)結(jié)構(gòu)，相關(guān)工作以2D/2D 1T-MoS₂/Ti₃C₂ MXene Heterostructure with Excellent Supercapacitor Performance為題發(fā)表在Advanced Functional Materials  雜志上。

　　二維材料如過渡金屬二硫化合物、MXene等由于具有豐富的物理和化學(xué)性能，使其在諸多領(lǐng)域如電化學(xué)領(lǐng)域有著潛在的應(yīng)用前景。在前期工作中，針對(duì)1T相MoS₂熱力學(xué)亞穩(wěn)態(tài)及無(wú)法長(zhǎng)期穩(wěn)定保存的難題，課題組采用強(qiáng)磁場(chǎng)水熱法獲得了高度穩(wěn)定、純1T相的MoS₂ (ACS Nano 2019, 13, 1694-1702)，并研究了導(dǎo)電性、層間距等對(duì)MoS₂作為超級(jí)電容器電極材料的影響 ；成功獲得了V₄C₃及Ti₃C₂ MXene并開展了這兩種材料作為超級(jí)電容器電極方面的研究。在此工作基礎(chǔ)上，課題組開展了強(qiáng)磁場(chǎng)下過渡金屬二硫化合物1T-MoS₂和MXene異質(zhì)結(jié)構(gòu)方面的相關(guān)研究。

　　研究結(jié)果表明，采用強(qiáng)磁場(chǎng)水熱法(Magneto-hydrothermal Synthesis)可以成功合成制備出高度穩(wěn)定的1T-MoS₂/Ti₃C₂ MXene 異質(zhì)結(jié)構(gòu)；由于Ti₃C₂ MXene 高導(dǎo)電性從而實(shí)現(xiàn)了該異質(zhì)結(jié)構(gòu)的快速充放電特性、由于1T-MoS₂高的比電容從而實(shí)現(xiàn)了該異質(zhì)結(jié)構(gòu)的高比電容特性；更為重要的是，由于協(xié)同效應(yīng)，該異質(zhì)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了1+1>2的比電容值，其原因在于異質(zhì)結(jié)構(gòu)提供了額外的空間可通過雙電層電容機(jī)理存儲(chǔ)額外的電荷所致。該結(jié)果為制備基于二維材料異質(zhì)結(jié)構(gòu)并研究其協(xié)同效應(yīng)提供了重要參考。

　　上述研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院十三五重點(diǎn)規(guī)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。

　　論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201910302

圖1.  MoS₂/Ti₃C₂ MXene異質(zhì)結(jié)構(gòu)制備示意圖。

圖2. MoS₂/Ti₃C₂ MXene異質(zhì)結(jié)構(gòu)的電荷存儲(chǔ)(上圖)及快速充放電(下圖)示意圖

圖3.  MoS₂/Ti₃C₂ MXene不同狀態(tài)下驅(qū)動(dòng)電子器件的實(shí)物圖。