超薄二维非层状晶体材料在能量存储与转换中的应用

自从石墨烯发现以来，具有原子级厚度的超薄二维纳米材料因具有极高的比表面积、独特的电子结构和优异的物理化学性能，引起科研人员的极大关注和研究热情。尽管以往的工作主要集中在具有层状晶体结构的二维材料上，二维非层状材料的研究也逐渐得以，引起人们广泛的关注。相比于层状材料，非层状材料具有更加复杂的表面电子结构以及可调控的物理化学特性。相关研究不仅可以显著改善纳米材料在能量存储和转换中的应用，还可以丰富超薄二维材料这一全新的研究领域。

最近，澳大利亚伍仑贡大学超导与电子材料研究所的窦玉海博士对超薄二维非层状晶体材料在能源存储和转换中的应用进行了系统的总结。该综述文章首先对二维层状和非层状材料进行了分类和对比（图1），然后详细地介绍了超薄二维非层状材料的制备方法（自组装、取向生长、层状中间体辅助剥离、二维模板、拓扑化学转变）、电子结构特性（晶格畸变、表面悬挂键）、电子结构调控手段（厚度、孔/坑、空位、元素掺杂、二维异质结构）及其在锂离子电池、钠离子电池、催化析氢、析氧、CO₂还原、CO氧化等能量存储与转换领域的应用（图2），最后针对目前存在的问题对未来的发展方向和趋势提出了相应的建议。

图1. 超薄二维层状（a）和非层状（b）晶体材料的分类和特征

图2. 超薄二维非层状晶体材料的制备方法、电子结构特性、电子结构调控手段及能量存储与转换的应用

这类超薄二维非层状晶体材料具有特殊的结构形貌和电子特性，在能量存储和转换中体现出非常优异的性能。该综述为其他超薄二维材料的制备合成提供了思路，为深入研究结构与性能之间的关系指明了方向，并对类石墨烯二维材料这一新型领域的丰富和发展具有十分重要的意义。相关成果近期发表在Chemical Society Reviews 上。第一作者为窦玉海博士，通讯作者为窦士学院士。

该论文作者为：Yuhai Dou, Lei Zhang, Xun Xu, Ziqi Sun, Ting Liao and Shi Xue Dou

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Atomically thin non-layered nanomaterials for energy storage and conversion

Chem. Soc. Rev., 2017, 46, 7338, DOI: 10.1039/C7CS00418D

窦士学院士及其科研团队简介

窦士学，澳大利亚工程院院士，伍伦贡大学超导与电子材料研究所所长，澳华科技协会名誉会长，新西兰皇家科学基金会、美国国家科学基金会、俄罗斯-美国科学委员会、香港科学基金会评委及中国科学院海外评审专家。窦士学院士是世界上超导和能源储备材料领域最有影响力的科学家之一。因在相关领域具有杰出成就，窦院士获得包括澳大利亚政府的百年贡献奖、资深优秀奖和优秀合作奖在内的多项学术奖励。截至目前，窦院士已发表700余篇学术论文，包括Science、Sci. Adv.、Nat. Commun.、Chem. Soc. Rev.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Nano Lett.、ACS Cent. Sci. 等国际学术重要期刊，论文引次数超过40000次，h因子达到86。

窦士学院士在伍仑贡大学建立了世界上著名的科研团队，目前已培养博士毕业生160余人、博士后和访问学者70余人。从研究所走出的科研工作者现已遍布北美、欧洲、亚洲和澳大利亚的材料和工程领域。其科研团队现有成员150余人，研究方向主要集中于纳米材料在能源存储和转换领域的应用、钠离子电池的产业化研究、超薄二维材料的制备及表征以及电子和超导材料的研制及其在电子器件中的应用等。窦院士领导的超导与电子材料研究所与中国科学院、北京航空航天大学、复旦大学、四川大学、华中科技大学、中国科学技术大学、南京工业大学、美国凯斯西储大学、马里兰大学、日本NIMS、新加坡南洋理工学院、韩国成均馆大学、澳洲悉尼科技大学、昆士兰大学、昆士兰科技大学和阿德莱德大学等世界著名科研机构建立了合作关系，并取得了显著的科研成果。这些深入广泛的合作在促进科技进步、产业发展以及民族文化交流等方面做出了巨大的贡献。

窦士学

http://www.x-mol.com/university/faculty/35068

伍伦贡大学超导与电子材料所网址

http://isem.uow.edu.au/index.html