新闻网首页 > 周军教授课题组熔盐法合成二维材料研究获进展

周军教授课题组熔盐法合成二维材料研究获进展

来源:武汉光电国家实验室(筹) 点击次数:1661次 发布时间:2017-06-05 15:21:03 编辑:宣传部

新闻网讯 5月30日,《自然∙通讯》(Nature Communications 2017,DOI: 10.1038/ncomms15630)在线发表了武汉光电国家实验室(筹)周军教授课题组关于熔盐法快速大量合成二维过渡金属氧化物/氢氧化物的研究新成果,论文题为《熔盐法快速大量合成二维氧化物和氢氧化物》(Rapid mass production of two dimensional metal oxides and hydroxides via the molten salts method)。胡志觅、肖旭和金桓宇为论文共同第一作者,周军为论文通讯作者。



熔盐法合成二维材料


具有原子层厚度的二维(2D)材料因具有独特物理化学性质而受到广泛的关注。此前,科学家们报道了多种制备二维材料的方法,主要包括剥离法(机械剥离、液相剥离、电化学剥离等)、化学气相层积法和湿法化学法。但如何实现高效、快速、低成本、大规模的二维材料制备,一直是研究人员的目标。


在前期研究中,周军教授、唐江教授与美国德雷塞尔(Drexel)大学Yury Gogotsi教授等人合作,发展了利用晶态的盐(NaCl、KCl等)作为模板,合成非层状结构二维过渡金属氧化物和氮化物的普适方法(Nat. Commun. 2016, 7, 11296;ACS Nano 2017, 11, 2180)。他们注意到盐在熔融态时离子是以“裸离子”形式存在的,可以避免传统化学合成中离子的去溶剂化过程,降低反应活化能,从而有可能实现材料的快速合成。根据这一特性,周军课题组设计了低熔点盐反应体系(LiNO3、NaNO3、KNO3等),在盐熔融状态下加入反应前驱物反应一分钟,然后只需简单水洗(无需离心处理),即可获得目标产物(如图)。同时,仅通过改变盐的阳离子或阴离子类型就可以对插层离子类型进行调控。利用这种方法,课题组成功制备了多种阳离子插层型二维过渡金属氧化物(包括Na0.55Mn2O4·1.5H2O,K0.27MnO2·0.54H2O,Li2WO4和Na2W4O13)及阴离子插层型过渡金属氢氧化物(包括Zn5(OH)8(NO3)2·2H2O和Cu2(OH)3NO3),所合成的材料在电化学储能器件及重金属离子吸附等领域中展现出重要应用前景。这种方法工艺简单、反应迅速(分钟级)、产率高(~62%),具有大规模合成二维材料的潜力。在后续研究中,团队将进一步拓展该方法在二维材料体系合成中的普适性,并将继续对合成机理进行深入研究。


该研究工作得到国家自然科学基金(优青、面上、青年和重点项目)、“万人计划”青年拔尖人才及光电国家实验室主任基金等项目的支持。该研究还得到了光电国家实验室黄亮讲师、能源学院冯光教授、环境科学研究所张延荣教授等人的支持和帮助。


论文链接:https://www.nature.com/articles/ncomms15630