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多功能的0D-2D Ni2P纳米晶体/黑磷复合材料

多功能的0D-2D Ni2P纳米晶体/黑磷复合材料

过渡金属磷化物(TMP)具有高活性和高导电性被认为是锂离子电池(LIBs),钠离子电池(NIBs)和析氢反应(HER)的高性能电极材料。其中,0D过渡金属磷化物纳米晶体(NCs)因具有高的比表面积,大量的活性位点等特点而备受关注,但同时存在着材料易团聚和载流子的传输动力学等问题。将黑磷(BP)纳米片与过渡金属磷化物复合是解决上述问题的有效途径。

基于此,近期,新加坡南洋理工大学Qingyu Yan教授等人通过简便的方法制备出0D-2D异质结构的Ni2P NCs–BP纳米片复合材料(Ni2P@BP),并且研究其热导率,电导率,以及作为锂离子电池电极材料和析氧反应催化剂等性质。此成果发表在国际期刊Adv. Energy Mater.上。

多功能的0D-2D Ni2P纳米晶体/黑磷复合材料

图1 (a)BP单晶体,BP纳米片和Ni2P @ BP的电导率;(b)BP单晶体,BP纳米片和Ni2P @ BP的热导率与温度关系图。

多功能的0D-2D Ni2P纳米晶体/黑磷复合材料

图2 (a)BP和Ni2P @ BP的倍率性能图;(b)BP和Ni2P @ BP的循环性能图


多功能的0D-2D Ni2P纳米晶体/黑磷复合材料

图3 (a)Ni2P@BP 和Pt/C的极化曲线;(b)连续扫描3000次循环后Ni2P@BP的极化曲线;(c)Ni2P@BP 和Pt/C的Tafel plot;(d)在η= 107mV下,Ni2P @ BP随时间变化的电流密度曲线。

相对于BP纳米片,Ni2P@BP的载流子浓度由1.25 × 10^17 cm^–3上升至1.37 × 10^20 cm^–3,电导率由2.12 × 10^2增强至 6.25 × 10^4 S/m,热导率由11.1 下降至7.69 W/mK。作为锂离子电池电极,Ni2P@BP表现出优异的电化学性能。在电流密度1 A/g下,循环1000次,比容量维持在743.7 mAh/g,容量保持率94.1%,体现了良好的循环稳定性;在大电流密度10 A/g下,比容量仍高达322.0 mAh/g,体现了优越的倍率性能。此外,作者还运用典型的三电极体系测试Ni2P@BP在析氢反应中的电化学活性。相对于商业化的Ni2P,在电流密度10 mA/cm^2下,Ni2P@BP的过电位低至107 mV,塔菲尔斜率为38.6 mV/dec,并且还表现出长期操作稳定性。Ni2P@BP优越的电化学性能主要归功于以下原因:(1)Ni2P@BP异质结构有效地防止BP的堆积和Ni2P NCs的团聚,使储锂的比表面积最大化,并且暴露更多析氢反应的电催化活性位点;(2)锚定在BP纳米片上的Ni2P NCs可以有效地调节异质结构的电载流子浓度,并且BP纳米片的二维结构可以提供长的电荷载流子扩散路径以及提高电荷载流子传输动力学。


参考文献:

Zhong-Zhen Luo, Yu Zhang, Chaohua Zhang, Hui TengTan, Zhong Li, Anas Abutaha, Xing-LongWu, Qihua Xiong, Khiam Aik Khor, Kedar Hippalgaonkar, Jianwei Xu, Huey Hoon Hng, and Qingyu Yan.Multifunctional 0D–2D Ni2P Nanocrystals–Black Phosphorus Heterostructure, Adv. Energy Mater. 2017.

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