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3.2 缺陷工程
丰富的缺陷(例如点缺陷,晶界或异质结等)可能导致二维纳米片的基面上出现空位或应力,从而显著增加活性位点的暴露率,进而大大增加其适应锂离子的插入和扩散的能力。此外,缺陷也有利于提高纳米材料的导电性。具有氧空位的氢化过渡金属氧化物由于其增强的导电性,结构稳定性和电化反应动力学已经引起了人们的关注。
图7 利用缺陷工程进行边缘/表面功能化
4 策略三:结构优化策略
4.1 厚度调控
在二维纳米材料中,厚度与其许多物理或化学性质(如能带结构,润湿性,平面传输等)有关。一个典型的例子是随着石墨烯堆叠层数的增加,其电性能可以从金属状态转变为半导体状态。另一个实例是单层硫化鉬纳米片具有非常强的光致发光性,而在相应的块体中不存在。这些结果启示,二维纳米材料的厚度也会影响电池性能。
4.2 孔径控制
通过将多孔结构引入二维纳米材料可以提供充足的活性位点并促进锂离子的快速扩散。此外,该结构具有足够的缓冲空间,有利于抑制插入/脱嵌诱发的体积变化。
4.3 形貌设计
分级结构或者异质结构的构建是避免二维纳米片自团聚的有效方法。这些结构的制备过程通常伴随着多孔结构和额外的反应位点的引入,可以进一步提高电化学性能。
图8 二维纳米材料的结构优化
5 总结与展望
二维纳米材料的优异特性源于其独特的结构,如原子级别的厚度,超高的表面积和显著的约束效应。虽然近年来二维材料在电池领域取得许多进展,然而依然面临着巨大挑战。本综述总结了当前二维材料三个有效的调控策略,包括导电基体杂化,边缘/表面官能化和结构优化。这些策略可以更加凸显二维材料的特性,改善电子导电性或离子传输,保持二维纳米材料和电极的结构稳定性,从而提高锂储存能力。因此,这些策略可以为二维材料的发展以及可充电电池的发展提供一些参考。
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