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日前，南京理工大學(xué)化工學(xué)院朱俊武和熊攀老師在國際能源頂級期刊《Energy & Environmental Science》（IF：30.2）上發(fā)表了題為“Two-dimensional organic–inorganic superlattice-like heterostructures for energy storage applications”的綜述文章。通訊作者為朱俊武教授和日本國立材料科學(xué)研究機(jī)構(gòu)Takayoshi Sasaki教授，青年教授熊攀為第一作者。

南京理工大學(xué)EES綜述：二維有機(jī)-無機(jī)雜化超晶格結(jié)構(gòu)研究進(jìn)展

近年來，關(guān)于二維材料的研究開始由二維材料本身轉(zhuǎn)向設(shè)計(jì)構(gòu)建基于單分子層納米片的人工異質(zhì)結(jié)構(gòu)。這些二維異質(zhì)體系/超晶格結(jié)構(gòu)極大豐富了2D材料的組成，為人工設(shè)計(jì)新型二維多功能納米材料提供了新思路。其中，由在垂直方向上相互交替堆疊的無機(jī)納米片組裝而成的二維超晶格是一類具有重要科學(xué)技術(shù)意義的新型人造二維材料。與無機(jī)材料相比，有機(jī)材料可以通過對官能團(tuán)進(jìn)行調(diào)控設(shè)計(jì)，使得能夠獲得的有機(jī)材料幾乎具有無限種可能。因此，在這種二維超晶格體系中引入有機(jī)分子，能夠進(jìn)一步為設(shè)計(jì)和合成具有多功能的二維有機(jī)-無機(jī)雜化超晶格結(jié)構(gòu)提供了無限可能。

在二維有機(jī)-無機(jī)雜化超晶格結(jié)構(gòu)中，有機(jī)和無機(jī)成分在納米或亞納米尺度上進(jìn)行復(fù)合，兩者之間通過分子層面上產(chǎn)生的界面協(xié)同效應(yīng)使得最終產(chǎn)物發(fā)生性能上的提升甚至是產(chǎn)生新的性質(zhì)。對于高性能能源存儲器件而言，通過有效復(fù)合導(dǎo)電有機(jī)聚合物納米片層和電化學(xué)活性的無機(jī)納米片所形成的二維有機(jī)-無機(jī)雜化超晶格結(jié)構(gòu)具有重要的應(yīng)用前景。

一方面，導(dǎo)電有機(jī)聚合物納米片層的插入顯著增加了層狀無機(jī)主體的層間距，導(dǎo)致電荷傳輸增強(qiáng)。另一方面，導(dǎo)電有機(jī)聚合物納米片層提供了額外的電荷存儲活性位點(diǎn)，使得容量大大提升。更重要的是，無機(jī)納米片和導(dǎo)電有機(jī)聚合物納米片層之間在分子尺度的相互作用增強(qiáng)了層狀結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，因此所獲得的二維有機(jī)-無機(jī)雜化超晶格結(jié)構(gòu)在長時(shí)間的可逆離子嵌入/脫出反應(yīng)中保持了高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了長循環(huán)壽命。然而關(guān)于二維有機(jī)-無機(jī)雜化超晶格結(jié)構(gòu)的首要挑戰(zhàn)就是如何實(shí)現(xiàn)簡易有效的制備。

二維有機(jī)-無機(jī)雜化超晶格結(jié)構(gòu)的制備方法。a：有機(jī)聚合物直接插層；b：單體插層和層間聚合；c：層層組裝；d：剝離再組裝。

在正文部分，作者首先歸納了目前最主要的四種制備二維有機(jī)-無機(jī)雜化超晶格結(jié)構(gòu)的方法，其次介紹了二維有機(jī)-無機(jī)雜化超晶格結(jié)構(gòu)在電化學(xué)能源存儲系統(tǒng)上的應(yīng)用，如超級電容器，鋰/鈉/鉀離子電池和多價(jià)離子電池等，并舉例分析討論了儲能機(jī)理，最后總結(jié)了目前取得的進(jìn)展和面臨的挑戰(zhàn)，并對未來的發(fā)展方向進(jìn)行了簡單的展望。

該綜述歸納了課題組近年來在二維超晶格材料方面的進(jìn)展，全面系統(tǒng)地總結(jié)了目前二維有機(jī)-無機(jī)雜化超晶格結(jié)構(gòu)的研究進(jìn)展，為在原子/分子水平上二維異質(zhì)結(jié)構(gòu)或超晶格結(jié)構(gòu)的人工設(shè)計(jì)開辟了新的思路。

南京理工大學(xué)化工學(xué)院朱俊武和熊攀老師近年來致力于人工設(shè)計(jì)二維異質(zhì)結(jié)構(gòu)/超晶格結(jié)構(gòu)的研究，實(shí)現(xiàn)了不同維度上二維異質(zhì)結(jié)構(gòu)/超晶格的宏量制備和結(jié)構(gòu)調(diào)控，并從原子/分子尺度上闡明了二維異質(zhì)體系/超晶格結(jié)構(gòu)中的界面協(xié)同效應(yīng)對電化學(xué)儲能和催化反應(yīng)的作用機(jī)制，為其廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。該工作得到了國家自然科學(xué)基金（51772152和51902161）和校自主科研專項(xiàng)計(jì)劃（30919011269）的支持。

論文鏈接：

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/EE/D0EE03206A

文章來源：南京理工大學(xué)化工學(xué)院

原創(chuàng)文章，作者：Gloria，如若轉(zhuǎn)載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2023/10/24/c945012b7e/

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