登录
 机构网站
  1. 首页
  2. 情报产品
  3. 快讯详情

《计算材料前沿研究成果精选|Phys. Rev. Lett.专刊（3月）》

  • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者： 冯瑞华
  • 发布时间：2018-04-24

  • 1. 可控的Lifshitz转换和四层石墨烯中的多波段传输

    金属和半导体的费米面会经历Lifshitz转变（LT），即带结构连接性的拓扑的突变从而引起材料性质发生异常变化。由于二维材料具有易于调节的费米能级和能带结构，因而其可构成探究Lifshitz转变的理想平台，即材料费米面拓扑结构的变化。近期，美国加州大学河滨分校Chun Ning Lau（通讯作者）与俄亥俄州立大学的研究人员关注了一个相对未开发的2D多Dirac频段体系，Bernal堆叠四层石墨烯（4LG）。他们使用四层石墨烯包含两个相交的大型Dirac带，阐释了多重Lifshitz转换和多带传输，表现为电导率与电荷密度n和面外电场D、反常量子霍尔序列和Landau能级交叉的非单调依赖性。

    文献链接：Tunable Lifshitz Transitions and Multiband Transport in Tetralayer Graphene (Phys. Rev. Lett.，2018，DOI：10.1103/PhysRevLett.120.096802）

    2. 微波探测腔耦合双量子点中的电-声相互作用

    近日，美国普林斯顿大学J. R. Petta等人探究了电偶极子耦合的微波腔的悬浮InAs纳米线双量子点（DQD）中的电-声相互作用。在DQD激发态中，他们通过在导线上施加一个有限偏压以驱动稳定的状态，从而在DQD跃迁能级处直接测量电-声耦合强度。腔场的振幅和相位响应表现出由纳米线的声子模式引起的DQD能级失谐中的周期性振荡，并且，观察到的腔体相位位移与通过声子耦合预测空腔中心频率的重整化的理论是一致的。该成果表明，目前可以得到机械性悬挂于衬底上方的腔耦合的InAs纳米线DQD；同时，比较测量的结果与器件的微观理论模型也表明了由电子动力学介导的声子与光子的耦合导致了腔中心频率的声子重整化。这些实验可帮助理解纳米体系中电-声耦合的基本性质，并有可能为减轻半导体量子器件中的自旋衰变提供方法。

    文献链接：Microwave Detection of Electron-Phonon Interactions in a Cavity-Coupled Double Quantum Dot (Phys. Rev. Lett.，2018，DOI：10.1103/PhysRevLett.120.097701）

    3. 自旋电流控制调制三端子磁振子晶体管中磁子的自旋电导率

    通过在场效应晶体管（FET）中施加电场可以改变电荷载流子的密度从而调节半导体沟道的电导率。最近，基于磁振子的固态器件的编码、运输和控制信息等已经引起了科研人员巨大的研究兴趣。然而，操纵其所传递信息的任务依然艰巨。有效操纵磁子自旋运输对开发基于磁子的自旋电子器件至关重要，最近荷兰格罗宁根大学L. J. Cornelissen等人提供了一种用于调节注入器和探测器触点之间的钇铁石榴石通道中热磁波的扩散传输方法的概念验证。他们通过由第三调制器电极自旋霍尔注入磁子来增加或降低磁子的化学势，改变通道的磁子自旋电导率。在T=250K时，他们获得了1.6％/mA的调制效率。有限元模型表明通过减少沟道厚度，可以将其提高到远高于10％/mA，此研究为基于热磁振子的逻辑电路提供了令人关注的发展前景。

    文献链接：Spin-Current-Controlled Modulation of the Magnon Spin Conductance in a Three-Terminal Magnon Transistor (Phys. Rev. Lett.，2018，DOI：10.1103/PhysRevLett.120.097702）

    4. 下沉密度在合金非平衡态化学再分配中的作用

    通过大量晶体缺陷产生远离平衡态的开放体系的微观结构的演变不仅取决于产生这种缺陷的外力的特性和控制点缺陷的迁移和消除的动力学过程，而且取决于微观结构的特征。这种演变会在材料内部产生质量传输，导致化学重组，从而体系失效。因此，一个能够预测相关体系稳态的物理模型，对于预测和控制材料性质至关重要。近日，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室Enrique Martínez（通讯作者）与法国巴黎萨克雷大学的研究人员通过动力学Monte Carlo（KMC）和Fe-Cr合金模型的基础原子模型来分析点缺陷的产生、原子转移速率和微观结构的下沉特性之间复杂的相互作用，以研究理想的缺陷下沉对Cr浓度分布的影响，尤其关注了界面密度的作用。他们观察到隔离量随着界面间距的减小而线性地减小。在不可逆过程的热力学模型内，根据KMC模拟推导并评估了通用的分析模型，以阐明该系统的结构-性质关系。

    文献链接：Role of Sink Density in Nonequilibrium Chemical Redistribution in Alloys (Phys. Rev. Lett.，2018，DOI：10.1103/PhysRevLett.120.106101）

    5. 单层WS2诱导的石墨烯的强各向异性自旋-轨道相互作用

    巴黎第十一大学H. Bouchiat（通讯作者）与英国帝国理工学院的研究人员报道了单层WS2诱导石墨烯，使其具有强各向异性的自旋轨道相互作（SOI）。他们准备了两种不同类型的异质结：单层WS2-石墨烯和块体WS2-石墨烯（石墨烯从天然石墨机械剥离）。单层WS2薄片通过化学气相沉积（CVD）直接在硅衬底上生长，然后转移到另一个Si/SiO2衬底上以避免在SiO2层中引起的缺陷。石墨烯被聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）萃取，然后沉积到WS2上；块体WS2通过机械剥离并沉积在石墨烯上来制备。在磁导率测量中，单层WS2-石墨烯和块体WS2-石墨烯系统的直接对比揭示了单层过渡金属二硫族化合物可以诱导比体积更强的SOI。弱反定位曲线的详细理论分析提出，预测自旋轨道能量（Eso）将会高于10 meV。

    文献链接：Strong Anisotropic Spin-Orbit Interaction Induced in Graphene by Monolayer WS2 (Phys. Rev. Lett.，2018，DOI：10.1103/PhysRevLett.120.106802）

    6. 揭示玻璃形成液中结构松弛与动态异质性之间的关系

    尽管眼镜被使用了几千年，而玻璃化转变的本质仍然是神秘的。在接近玻璃化转变时，动态异质性的增长一直被认为在解释结构松弛的突然放缓中起到关键作用。然而结构松弛与动态异质性之间是否存在潜在的联系仍然是难以捉摸的。近日，中国科学技术大学徐宁与中国科学院物理研究所管鹏飞等研究人员通过引入隐藏在不同模型玻璃形成液体中具有相同动态非均匀性的状态点的特征时间尺度，揭示了动态非均质性和结构松弛之间的潜在联系。这个时间尺度对应于玻璃形成液体具有动力学脆性，并通过实现扩展崩溃来桥接结构松弛和动态异质性。此外，从一个恒定的动态非均匀性条件的角度，可以在不引入任何自由参数的情况下，实现各种玻璃形成液体的相当概括的描述。

    文献链接：Revealing the Link between Structural Relaxation and Dynamic Heterogeneity in Glass-Forming Liquids (Phys. Rev. Lett.，2018，DOI：10.1103/PhysRevLett.120.125502）

    7.扩散时间分布的电化学阻抗成像研究

    美国麻省理工学院Martin Z. Bazant等研究人员提出了基于扩散时间分布（DDT）的随机非均质材料的扩散阻抗理论。他们建立了一个数学框架，根据扩散时间（DDT）的分布来分析电化学阻抗谱，用于平行阵列的随机有限长度Warburg（扩散）或Gerischer（反应扩散）电路元件。他们基于具有Tikhonov正则化的复杂非线性最小二乘回归，提出了一种通用的方法来解决实验数据中DDT的问题，该方法不假设关于构型随机性的经验知识，并说明了三种用于能量转换的纳米结构电极：（i）碳纳米管超级电容器，（ii）硅纳米线锂离子电池和 iii）多孔碳钒液流电池。研究结果表明了非破坏性“阻抗成像”来推断随机非均质材料的微观结构统计具有可行性。

    文献链接：Electrochemical Impedance Imaging via the Distribution of Diffusion Times (Phys. Rev. Lett.，2018，DOI：10.1103/PhysRevLett.120.116001）

    8. 高功率固体量子电池的集合充电

    量子信息定理指出，利用集合的量子资源有可能极大地提高由许多相同基本单元构成的量子电池（QB）的充电能力。意大利理工学院Dario Ferraro（通讯作者）与比萨高等师范学校的研究人员提出并解决了可在固态体系结构中设计的QB模型。它由N个在腔体中耦合到单个光子模式的二级系统组成。他们对比了这种集合模型（“Dicke QB”），纠缠是真正由共同的光子模式产生的，其中每个二级系统都耦合到它自己独立的腔模（“Rabi QB”）中。通过采用精确的对角化，他们证明了Dicke QBs充电功率中出现了量子优势，其尺寸类似√N（N>>1）。

    文献链接：High-Power Collective Charging of a Solid-State Quantum Battery (Phys. Rev. Lett.，2018，DOI：10.1103/PhysRevLett.120.117702）

    9. 钛酸锶的热传输和声子流体动力学

    由于声子、热量在绝缘体中仍可以传播，近年来由于改进的计算性能和新的理论技术，第一性原理理论可以得到半导体固有热导率的定量计算。几十年前确定的声子流动的流体力学状态在类石墨烯二维系统中得到了重新关注。近日，德国科隆大学Kamran Behnia与法国、巴西的研究人员一起研究了在宽温度范围（2-400 K）的未掺杂和掺杂钛酸锶中的热导率κ，并检测了不同的热流状态。他们发现在未掺杂的SrTiO3中，随着温度低于其峰值并且在窄温度窗口中，κ变化得比立方结构的更快。之前在少数固体中观察到的这种行为并将其归因于Poiseuille声子流。

    文献链接：Thermal Transport and Phonon Hydrodynamics in Strontium Titanate (Phys. Rev. Lett.，2018，DOI：10.1103/PhysRevLett.120.125901）

    10. 催化反应条件下在PtRh纳米粒子上鉴定具有催化CO氧化的活性表面相

    在氧化物载体上的Pt-Rh合金纳米颗粒广泛用于非均相催化，应用范围从汽车排气控制到能量转换。而为了提高催化剂性能，在工业相关的操作条件下，纳米颗粒表面结构与其催化活性的原子尺度相关性至关重要。近期，德国汉堡大学A. Stierle与瑞典隆德大学U. Hejral等研究人员在接近大气压的CO氧化过程中，对纳米颗粒表面结构的x射线衍射数据和原位质谱进行了分析。他们通过检测特定纳米颗粒的x射线衍射信号来确定超薄表面氧化物的形成，并将它们的演化与样品的增强催化活性联系起来。该方法开启了可操作条件下进行前所未有的原子尺度分辨率的氧化物负载的纳米颗粒基催化剂的深入表征方面的研究工作。

    文献链接：Identification of a Catalytically Highly Active Surface Phase for CO Oxidation over PtRh Nanoparticles under Operando Reaction Conditions (Phys. Rev. Lett.，2018，DOI： 10.1103/PhysRevLett.120.126101）

46浏览量
原文链接
相关报告

  • 《金属材料前沿研究成果精选【第2期】|过渡金属》
    • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：冯瑞华
    • 发布时间：2018-05-09
    • 1、Acta Mater.: CrCoNi中等熵合金的动态剪切变形研究 高熵合金和中等熵合金是一种具有简单晶体结构的固溶体，并且多元素的随机分布可以减少用于形成堆垛层错的能量损失，从而导致低堆垛层错能。面心立方FeCrMnCoNi 高熵合金和fcc CrCoNi中等熵合金的力学性能在低温下比室温下更好，同时由于形变机制从位错滑移到形变孪晶的转变，强度，延展性和断裂韧性同时增强。近日，中国科学院力学研究所的W. A. Curtin(通讯作者)等人通过用各种不均匀的微观结构来制造单相CrCoNi中等熵合金(MEA)，将其冷轧后在各种温度下退火，并在霍普金森杆实验中，用帽形样本表征MEA的高应变率响应。研究结果表明，样品的高动态剪切屈服强度和均匀动态剪切应变的组合，超过了目前报道的所有其他金属和合金。 文献链接： Dynamic shear deformation of a CrCoNi medium-entropy alloy with heterogeneous grain structuress (Acta Mater., 2018, DOI: 10.1016/j.actamat.2018.02.016） 2、Acta Mater.: 梯度结构镍基合金的力学行为 细晶粒材料通常具有较高的机械强度，通过严格塑性变形（SPD）细化晶粒的方法已经被广泛研究。然而，由SPD技术制造的这些超细晶粒（UFG）和纳米晶（NC）材料通常具有有限的拉伸延展性，阻碍其在生产生活中的应用，而塑性的缺乏可归因于纳米晶粒中不存在应变硬化能力。近日，美国普渡大学的X. Zhang (通讯作者)等人报通过表面机械研磨处理来加工基于NiCrMo的C-22HS合金，以实现由表面纳米层，变形孪晶层和严重变形层组成的梯度结构。此外，作者还通过扫描电子显微镜观察经原位微柱压缩测试的试样，从而揭示各层的不同力学行为。 这项研究表明，晶粒间回应力的增加可能导致了梯度结构材料的高应变硬化行为。 文献链接：Mechanical behavior of structurally gradient nickel alloy (Acta Mater., 2018, DOI: 10.1016/j.actamat.2018.02.021） 3、Acta Mater.: 镍基高温合金凝固过程中微观组织和织构组织的变形机理 IN713C是国际镍公司在20世纪50年代开发的γ'沉淀硬化铸造镍基高温合金，由于其良好的铸造性，合适的机械性能和高温下的微观结构稳定性，该合金现在仍然大量使用。然而，由于微观结构的不均匀性，可能会引起应变分布不均匀性和局部变形，并且最终影响合金在服役期间的延伸的性能和力学性能。近日，英国斯旺西大学的S. Birosca (通讯作者)等人通过熔模铸造法制备镍基高温合金IN713C，在600℃下进行了低周疲劳(LCF)和高周疲劳(HCF)实验，模拟了涡轮增压器中涡轮机轮的实际疲劳状况。研究结果表明，微观结构不均匀性如碳化物和析出物在树枝状结构网络中的分布决定了LCF测试过程中的断裂微观机制。 文献链接: The effects of microstructure and microtexture generated during solidification on deformation micromechanism in IN713C nickel-based superalloy (Acta Mater., 2018, DOI: 10.1016/j.actamat.2018.01.062） 4、Acta Mater.：铁电体中缺陷介导涡旋的增殖和湮没 由于介电，压电，热电和铁电性等多种功能性以及纳米级畴结构的形成，铁电材料正受到越来越多的关注。它有希望利用这些特性来制造先进的功能电子，光电子和机电一体化设备。特别是控制铁电涡旋手性的可能性为开发新型纳米级存储器和逻辑器件开辟了新途径。然而，由于偶极环向磁矩与E的卷曲共轭不是均匀电场，因此对铁电涡旋的手性的实际控制相当具有挑战性。中山大学的王彪教授(通讯作者)等人运用相场模拟，证明通过缺陷工程可以在铁电纳米片中实现旋涡手性的机械开关。作者系统地揭示了温度，纳米片形状，空隙大小以及空位对缺陷介导涡旋转换行为的影响。这项研究证明了通过机械负载进行涡流切换的可行性，并为控制和开发基于铁酸漩涡的机电装置提供了一条新途径。 文献链接：Defect-mediated vortex multiplication and annihilation in ferroelectrics and the feasibility of vortex switching by stress (Acta Mater., 2018, DOI: 10.1016/j.actamat.2018.01.018） 5、Phys. Rev. Lett.：在地核热力学条件下制备Xe-Fe金属间化合物 金属间化合物是过渡族金属元素之间形成一系列金属间化合物，即是指金属与金属、金属与准金属形成的化合物。金属间化合物由于具有优于高温合金的耐热性、高的比强度、高的比寿命、高的导热性和高的抗氧化性，以及具有优于陶瓷材料的韧性和良好的热加工性而受到广泛关注，尤其受到航空部门的青睐。近日，美国劳伦斯·利弗摩尔国家实验室的Elissaios Stavrou (通讯作者)等人通过原位同步辐射X射线衍射和拉曼光谱辅助于第一原理计算，证实了Xe-Fe金属间化合物可以在地球核心的热力学条件下被合成。结果表明，在极端条件下，通过记录在环境压力下的正电性元素可以获得电子并形成阴离子，元素的化学性质也发生变化。 文献链接：Synthesis of Xenon and Iron-Nickel Intermetallic Compounds at Earth’s Core Thermodynamic Conditions (Phys. Rev. Lett. , 2018, DOI: 10.1103/PhysRevLett.120.096001） 6、Phys. Rev. Lett.：可逆相变在准同型相界强压电性能中的作用 现代功能材料如压电，铁磁体，铁电体和铁合金，经常在相界处对外界刺激显示出非凡的响应，在这样的材料中，外部刺激驱动的可逆相变被认为与它们的非凡特性直接相关。例如，优异的形状恢复特性，巨大的磁致伸缩和巨大的磁热效应伴随着磁场或温度场驱动的相变。北京科技大学陈骏教授（通讯作者）等人通过实验揭示了现场驱动可逆相变在实现增强机电性能中的重要作用，使用原位高能同步加速器X射线衍射结合2D几何散射技术，建立了与压电相关的微观结构演化模型。此外，相场建模揭示了极化对准和压电响应可以通过电场驱动的相变显著增强。本项提出的机制将有助于设计和优化新的压电材料，铁磁体或其他相关的功能材料。 文献链接：Role of Reversible Phase Transformation for Strong Piezoelectric Performance at the Morphotropic Phase Boundary (Phys. Rev. Lett.,2018,DOI: 10.1103/PhysRevLett.120.055501) 7、Phys. Rev. Lett.：单层半导体中激子里德伯态的磁光光学 原子级薄层过渡金属二硫族化合物（TMD）半导体如单层MoS2和WSe2的兴起，很大程度上源自其直接光学带隙和非常强的光物质耦合。在掺杂或高度激发的单分子层中，由于带电激子或多重态可以在光谱中发展出明显的共振。近日，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的A. V. Stier（通讯作者）等人告了原子级单层半导体WSe2中激子里德堡态的65 T磁吸收光谱。激发态中性激子的强场依赖性和明显的能量变化使得它们明确的识别并可以和主要理论模型进行定量比较。 文献链接：Magnetooptics of Exciton Rydberg States in a Monolayer Semiconductor (Phys. Rev. Lett. , 2018, DOI: 10.1103/PhysRevLett.120.096001） 8、Phys. Rev. Lett.：缺口型手性费米子体系中激子的光学选择规律能 人们对半导体光吸收的理解依赖于两个基本的近似值。第一种是有效质量近似，其中电子和空穴被认为是分别随着传导和价带的有效质量移动的两个粒子；第二个近似值是电偶极子近似。在这种近似中，带间光学跃迁通常根据组成布洛赫函数的原子轨道之间的跃迁来理解。总之，这两个近似产生了激子的光学选择规则。近日，美国卡耐基梅隆大学的Xiaoou Zhang（通讯作者）等人提出了两种能够承载类似S的激子的手性费米子体系来证明他们的理论：具有C4旋转对称性的拓扑结构绝缘体的缺口表面状态和偏置的3R堆叠MoS2双层。在后者情况下，我们表明可以通过改变匝数通过使用门控来调节从明亮到黑暗的s样激子。因此，我们的理论为二维材料中光学过渡的电控制提供了一条新途径。 文献链接：Optical Selection Rule of Excitons in Gapped Chiral Fermion Systems (Phys. Rev. Lett. , 2018, DOI: 10.1103/PhysRevLett.120.077401） 9、Phys. Rev. Lett.：YBa2Cu3O7−δ的电荷顺序和超导电性 铜酸盐高居里温度(Tc)超导体具有丰富的相图，并且欠掺杂区域特别复杂，具有几个不同的相。阐明这些相的微观起源及其与超导性的关系仍然是非常重要的。对于空穴掺杂np <0.18且低于特征温度T 的情况，出现一个新相，其特征在于接近费米能级的状态密度降低。最近，英国布里斯托大学的Carsten Putzke（通讯作者）等人通过测量高磁场和高静水压下霍尔系数RH（T）的温度依赖性来研究未掺杂的YBa2Cu3O7-δ中电荷顺序与超导电性之间的相互作用。研究结构表明，压力为2.6GPa时将Tc提高了10K，但对RH（T）的影响很小。 文献链接：Charge Order and Superconductivity in Underdoped YBa2Cu3O7−δ under Pressure (Phys. Rev. Lett.,2018,DOI: 10.1103/PhysRevLett.120.117002) 10、Phys. Rev. Lett.：镤、锕系和过渡金属化学研究 由于它们的5f电子，早期锕系元素表现出化学行为，这种化学行为在基于扩散和定向d轨道的过渡金属化学以及4f镧系元素中的大部分局部化和静电键合相互作用中处于中间。Pa被认为是一种研究早期锕系元素在5f和6d轨道参与其化学过程中的周期性元素，能够影响它们的结构和结合。近日，美国阿贡国家实验室的Richard E. Wilson和法国里尔第一大学的Valérie Vallet（共同通讯作者）等人报道了Pa-peroxozu簇用于合成锕系金属酸盐。在密度泛函理论水平上的量子化学计算表明，在Pa的化学过程中，有着5f和6d的轨道参与，并且较重的锕系元素会增加5f轨道参与程度。轨道特征的周期性变化与早期锕系元素中键的关系突出了5f轨道在其反应性和化学结构上的影响。 文献链接：Protactinium and the intersection of actinide and transition metal chemistry (Phys. Rev. Lett.,2018,DOI: 10.1038/s41467-018-02972-z)
    114浏览量
    原文链接

  • 《纳米材料前沿研究成果精选:二硫化钼专题》
    • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：冯瑞华
    • 发布时间：2018-04-03
    • 1、Nat. Nanotechnol.：二维MoS2作为Li-S电池锂金属负极保护层 Li-S电池由于其极高的能量密度（~2600Whkg-1）成为有望取代锂离子电池新一代能源装置，但是Li-S电池采用锂金属负极，锂活性太高，反应不稳定，表面容易生成枝晶和不受控制的SEI膜，因此大大降低了电极的库伦效率与循环稳定性。近日，美国北德克萨斯大学Wonbong Choi教授（通讯作者）等人将~10nm的二维 MoS2包覆在锂金属负极外并进行锂化。层状MoS2纳米结构以及其在锂化过程中的相变反应减少了负极材料的界面电阻，实现了包覆层紧密接触和较高的Li+传输效率。同时，MoS2消除了锂枝晶的成核位点，减少了枝晶的形成。因此，这种Li-MoS2作为负极材料构建的全电池测试中，获得了~589 Whkg-1的比能量密度和1200次循环后，在0.5C下~98％的库仑效率。 文献链接：2D MoS2 as an efficient protective layer for lithium metal anodes in high-performance Li–S batteries (Nat. Nanotechnol., 2018, DOI: 10.1038/s41565-018-0061-y) 2、J. Mater. Chem. A：三明治结构MoS2/S/rGO纳米复合结构作为Li-S电池正极 Li-S电池体系在充放电过程中经历了多步电化学转换过程，其中硫正极会形成长链多硫化锂（Li2Sn，4≤n≤8）中间体。这种具有穿梭效应的中间体和不导电的硫及其放电产物严重限制了Li-S电池的硫利用率和循环寿命，同时，硫向Li2S的转化将引入~80％的体积膨胀，导致电极结构很快失效。因此，华东理工大学的龙东辉教授和凌立成教授（共同通讯作者）等人开发了一种新型MoS2/S/rGO纳米复合结构作为Li-S电池正极。三者具有协同耦合效应，形成具有强大界面相互作用的稳定混合结构，可在循环过程中固定多硫化锂中间体。MoS2作为电催化剂还可加速硫氧化还原反应，因此这种三明治结构具有优异的倍率性能和循环稳定性。这项工作整合了Li-S电池的正极缺陷，化学吸附和电催化概念，为建立多层正极结构提供了新思路。 文献链接：Sulfur film sandwiched between few-layered MoS2 electrocatalysts and conductive reduced graphene oxide as a robust cathode for advanced lithium–sulfur batteries (J. Mater. Chem. A, 2018, DOI: 10.1039/C8TA00222C) 3、Nano Lett.：原位XAS探究MoS2作为锂电池电极材料的反应机理 MoS2由于其类石墨的层状结构作为锂离子的负极材料有大量的研究，但是，MoS2在锂电反应过程中的行为特征并没有详细完整的研究，关于MoS2的锂电反应机理也有较大的争议。因此，近日，美国劳伦斯伯克利国家实验室的Elton J. Cairns和Jinghua Guo（共同通讯作者）等人结合实验和模拟计算完整地揭示了MoS2电极材料的锂电反应机理。锂离子嵌入-嵌出MoS2层状结构是可逆的，使MoS2从2H相转变为1T相，并且伴有少量的锂残余。而之后的转化反应是不可逆的，Li2S在第一次充电时转变为S，无法恢复为MoS2。后续的反应更像Li-S电池的反应特征。该研究完善了MoS2电极的电化学反应机理，有助于MoS2或是其他硫化物在锂离子电池上的设计与应用。 文献链接：Electrochemical Reaction Mechanism of the MoS2 Electrode in a Lithium-Ion Cell Revealed by in Situ and Operando X-ray Absorption Spectroscopy (Nano Lett., 2018, DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b05246) 4、ACS Nano：少层MoS2-纳米碳复合材料三维网络结构用于储锂和储钠 近日，福州大学的詹红兵教授和中国科学院福建物构所的温珍海研究员（共同通讯作者）等人在氧化石墨烯和交联而成的中空碳球上原位生长MoS2纳米片构建三维结构复合材料，作为储锂和储钠材料。三维多孔结构的设计缓冲了MoS2材料在循环过程中的体积变化，多通道有利于电解液的扩散和离子的传输，碳材料增强了整个结构的导电性。由于克服了MoS2材料体积变化率大易坍塌，导电性差和易堆叠等问题，整个三维结构复合电极材料表现出良好的电化学性能，其作为锂离子电池的阳极，在0.1Ag-1电流条件下经过100次循环能保持1145mAhg-1可逆容量，在2Ag-1条件下经过1000次循环能保持753mAhg-1可逆容量下。 对于钠离子电池，，在1 Ag-1条件下经500次循环后也可以保持443 mAhg-1的可逆容量。 文献链接：Three-Dimensional Network Architecture with Hybrid Nanocarbon Composites Supporting Few-Layer MoS2 for Lithium and Sodium Storage (ACS Nano, 2018, DOI: 10.1021/acsnano.7b08161) 5、J. Mater. Chem. A：衍生自MOF结构的核壳Co9S8/MoS2-CN纳米复合材料作为钠离子电池阳极材料 过渡族金属硫化物由于其较高的理论容量值常被作为钠离子电池的负极材料进行研究，构建良好的纳米结构和与碳材料形成复合材料是两个提高其性能的主要途径。碳材料可以吸附和捕获多硫化物中间体，阻止穿梭效应，而纳米结构可以承受循环过程中的体积变化，从而延长金属硫化物电极的循环寿命。因此，中国石油大学（华东）的王荣明教授和康文裴博士（共同通讯作者）等人以ZIF-67为前驱体，制备了核壳Co9S8/MoS2-CN纳米复合材料。这种多孔的复合材料促进快速Na+快速嵌入/嵌出，碳材料提高了整体的导电性并捕获多硫化物中间体，产生协同效应。因此，整个材料显示出了优异的钠储存性能。 文献链接：A yolk–shelled Co9S8/MoS2-CN nanocomposite derived from a metal–organic framework as a high performance anode for sodium ion batteries (J. Mater. Chem. A, 2018, DOI: 10.1039/C8TA00493E) 6、J. Mater. Chem. A：分层MoS2/碳微球作为钠离子电池阳极材料 中国香港科技大学的Francesco Ciucci教授和Jang-Kyo KIM教授（共同通讯作者）等人利用简单的水热法合成了一种分层MoS2/碳微球结构，由中间夹有碳层的三明治结构MoS2纳米片组成。三维结构阻碍了MoS2的聚集，碳材料的结合提高了材料的导电性。另外，等级多孔结构增强了表面积，增加了电化学反应的活性位置。 因此MoS2/碳微球电极显示出极高的可逆容量和优异的倍率性能。此外，第一性原理计算表明，与MoS2相比，MoS2/碳异质界面使Na跃迁的能垒更小，带隙更低。这些新型的三维MoS2结构为制造能够实现高倍率性能和长循环寿命的过渡金属硫化合物材料提供了新途径。 文献链接：Hierarchical MoS2/Carbon microspheres as long-life and high-rate anodes for sodium-ion batteries (J. Mater. Chem. A, 2018, DOI: 10.1039/C7TA11119C) 7、Energy Environ. Sci.：MoS2/TiO2异质结构作为非金属等离子体光催化剂用于高效析氢 太阳能制备清洁化学燃料是解决全球环境问题的一个重点。TiO2材料由于其稳定性好、价格低廉等优势已成为太阳光分解水的重要光催化剂。但TiO2为宽禁带半导体，对太阳光吸收效率太低。因此，美国中佛罗里达大学的Yang Yang教授和美国太平洋西北国家实验室的Yingge Du研究员（共同通讯作者）等人结合PVD与CVD的方法将层状MoS2纳米片涂敷在TiO2纳米孔阵列内表面上并将其应用于太阳光分解水制氢中。这种异质结构在UV-vis-NIR范围内显示出强大的光子收集能力，显著提高了H2产出效率。这种非金属等离子体激元异质结构也有望应用于其他2D材料系统，用作高效光催化剂。 文献链接：MoS2/TiO2 heterostructures as nonmetal plasmonic photocatalysts for highly efficient hydrogen evolution (Energy Environ. Sci., 2018, DOI: 10.1039/C7EE02464A） 8、Nano Energy：多活性边缘单层MoS2用于高效析氢 析氢反应是电化学水分解过程中的关键步骤，在实际应用中，需要高效，稳定易得的催化剂。二维层状MoS2由于具有合适的吉布斯自由能可以较容易地吸附氢原子，因此可作为铂基催化剂的替代物。MoS2的析氢活性来自其活性边缘位点，而(002)基底面具有催化惰性。但是直接合成边缘丰富的MoS2纳米片仍然具有挑战性。近日，北京大学的戴伦教授、叶堉研究员和李彦教授（共同通讯作者）等人直接在熔融石英上合成了具有大拉伸应变的分形单层MoS2，其具有大量的活性边缘位点。这是由大拉伸应变引起的，该材料优异的HER催化活性，为将来二维HER催化剂的设计与调控提供了新思路和新方法。 文献链接：Engineering active edge sites of fractal-shaped single-layer MoS2 catalysts for high-efficiency hydrogen evolution (Nano Energy, 2018, DOI: 10.1016/j.nanoen.2018.02.027）
    473浏览量
    原文链接