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迪肯大学《Small》:新型二维材料用于光热水蒸发!

 材料科学网 2022-07-27 发表于江西

2011年首次生产二维过渡金属碳化物纳米片以来,由于其优异的化学和物理性能,如优异的电子导电性、优异的力学性能、优异的电催化活性等,使其在能量存储和转换方面的广泛应用,逐渐引起了越来越多的研究兴趣。近年来,过渡金属碳化物/氮化物(TMN)也因其在光热转换中的应用而得到证实具有优良的电磁波吸收能力和局域表面等离子体效应,导致宽带光(紫外可见红外)吸收和优良的光热转换效率。尽管在制备TMN纳米材料方面取得了巨大进展,但仍需要寻找一种可控、高效的策略来制备这些氮化物纳米片,并研究其光热水蒸发特性。

高金属(HM)氮化物由于其独特的物理和化学性质,是一类引人入胜的材料,正受到越来越多的研究。然而,很少有人关注于研究它们在太阳能水蒸发中的应用,因为这些材料的可控和大规模合成仍然是一个重大的挑战。本文报道了以胺官能团化为前驱体的高金属氮化钼纳米片(HM-Mo5N6)可以实现克级制备。第一性原理计算证实,胺功能化的MoS2纳米片有效地延长了Mo-S的键长,降低了键的结合能,促进了Mo-N键的形成和HM-Mo5N6的生成。利用这一策略,其他HM氮化物纳米片,如W2N3, Ta3N5Nb4N5,也可以合成。具体来说,在1 kW m-2的模拟阳光照射下,HM-Mo5N6纳米片仅在24 s (0.4 min)内加热到80℃,比MoS2样品(102 s/1.7 min)78 s左右。更重要的是,HM-Mo5N6纳米片表现出良好的太阳蒸发速率(2.48 kg m-2 h-1)和效率(114.6%),是MoS2/MF太阳能器件的1.5倍。这项研究工作以“2D Higher-Metal Nitride Nanosheets for Solar Steam Generation”为题发表在国际著名期刊Small上。

论文链接:

/doi/10.1002/smll.202201770

1. HM-Mo5N6纳米片的合成过程示意图

2. 结构表征

图3 光热转化性能

图4 实际海水中的光热水蒸发

综上所述,作者通过选择胺功能化的TMD纳米片作为前驱体,证明了一系列的HM氮化物纳米片,如Mo5N6, W2N3, Ta3N5和Nb4N5,可以快速和可控地制备。第一线原理计算结果证实了胺基功能化的MoS2纳米片可以高效、快速地合成HM-Mo5N6纳米片。具体地说,这些高度稳定的HM-Mo5N6氮化纳米片的光热器件在太阳能水蒸发方面表现出良好的性能。目前的工作提供了一种可靠和有效的方法来生产HM氮化物纳米片,可应用于多种材料家族,如碳化物、碳氮化物和硼化物,并为太阳能水蒸发提供丰富的优质材料。(文:one end)

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