文昊

[摘 要]所謂的新型二維納米材料，是指在同一維度上其尺寸在0.1～100nm，而在其他另外兩個維度上可以無限延伸的新型材料。對新型二維納米材料而言，其中最具有代表性的就是石墨烯，其表現(xiàn)出較為獨特的結(jié)構(gòu)，而且還具有良好的電子特性，在電化學(xué)領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。主要探討了新型二維納米材料在電化學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用。

[關(guān)鍵詞]電化學(xué);新型二維納米材料;應(yīng)用

隨著科學(xué)技術(shù)和化學(xué)工業(yè)的不斷發(fā)展，各種各樣的化學(xué)材料被研究制備出來，對二維納米材料而言，最初的石墨烯經(jīng)過不斷發(fā)展到了二十多種，根據(jù)不同的材料組成和結(jié)構(gòu)，目前二維材料可以分為金屬化合物、單質(zhì)類、有機框架類、無機化合物類以及鹽類等類型。石墨烯具有良好的機械性能、熱力學(xué)穩(wěn)定性以及大比表面積等特點，相關(guān)研究者對新型二維納米材料的研究力度也在不斷地增加。新型二維納米材料因其具有的優(yōu)異的特性，在電化學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

一、新型二維納米材料在電化學(xué)能源存儲領(lǐng)域中的應(yīng)用

（一）在鋰電池上的應(yīng)用

鋰離子電池具有高工作電壓、高功率密度以及低放電速率等特點，與傳統(tǒng)的電池相比較，其在社會各個領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。隨著科技的不斷發(fā)展，社會各領(lǐng)域?qū)︿囯娮与姵氐男枨笠苍诓粩嗟卦黾?，對鋰電子電池的性能要求也越來越高，這都促進了鋰電子電池的進一步研發(fā)，在這個過程中，新型二維納米材料因為具有較為充足的吸附位點以及更短地方擴散路徑，所以在鋰電子電池的研究中具有廣闊的應(yīng)用前景。

當(dāng)前鋰電子電池的研究，主要應(yīng)用的二維納米材料有石墨烯，其具有較好的導(dǎo)電性和較大的比表面積，能為鋰電子電池的負極材料提供較高的比容量以及循環(huán)性能，所以得到廣泛的應(yīng)用研究;其次還有具有類石墨烯的層狀結(jié)構(gòu)的TMDs，可以幫助在電極中進行很好的擴散，但由于該材料具有較差的導(dǎo)電性，在實際的應(yīng)用中往往是結(jié)合其他導(dǎo)電材料共同使用。

（二）在超級電容器領(lǐng)域中的應(yīng)用

超級電容器具有功率密度高、壽命長、綠色環(huán)保等特點，也可以稱作為電化學(xué)電容器。但超級電容器的發(fā)展也遇到一些生產(chǎn)成本高、能量密度低等問題，在該領(lǐng)域主要應(yīng)用的新型二維材料有石墨烯以及其他二維過度金屬碳化、TMDs、石墨塊等材料。這些材料都具有較強的電化學(xué)性能以及高機械強度，對超級電容器的研究具有一定的促進作用。

二、在電化學(xué)傳感器領(lǐng)域的應(yīng)用

（一）光電抗氧化檢測方面應(yīng)用

在人類健康方面，體內(nèi)的氧化活性物質(zhì)與各種疾病的發(fā)生具有很大的關(guān)系，通過利用光電抗氧化檢測進行高效、快速而準(zhǔn)確的檢測，具有重大的意義，而將新型二維納米材料用作于光電檢測材料，通過相應(yīng)的實驗證明了其良好的檢測效果。二維納米材料的應(yīng)用可以實現(xiàn)光和電的反應(yīng)，有效檢測出抗氧化劑的含量。但對光電化學(xué)催化劑而言，以為其固有帶隙的原因，并不能適合所有的抗氧化劑，通過合理使用易原子摻雜等手段進行調(diào)控，能有效解決這一問題。

（二）關(guān)于其他電化學(xué)傳感

電化學(xué)傳感器一般具有較多的優(yōu)點，比如較低的成本、較高的效率、較高的靈敏度等，在社會上多個領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。電化學(xué)傳感器的應(yīng)用原理，主要是其電極表面物質(zhì)與被檢測物質(zhì)之間的電子傳遞產(chǎn)生的電信號，新型二維納米材料因為具有較薄的厚度、較高的導(dǎo)電性、以及豐富的表面活性位點等優(yōu)點，比較符合電化學(xué)傳感器對電極材料的要求，所以在該領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。

三、新型二維納米材料在電催化領(lǐng)域的應(yīng)用

（一）電催化析氧

在燃料電池、電解水等能源體系中，電催化析氧是其反應(yīng)的核心。一些貴金屬如具有較為良好的OER催化性能，但由于成本太高，開發(fā)高效、穩(wěn)定的非金屬基的催化劑成為OER的研究方向。通過相應(yīng)的研究發(fā)現(xiàn)，錳、鐵和Ni基的TMDs和LDHs等材料具有更高的OER催化活性。尤其是LDHs具有較大的層間比表面積、制備方法簡單等優(yōu)點，得到了更為廣泛的應(yīng)用。

除了具有較低成本、較大比表面積的二維TMDs和LDHs材料外，其他二維材料在OER反應(yīng)中具有良好的催化性能，比如等材料。在進行全電池電解水時，HER和OER所在的電解液中需要處于同一個pH體系，并且要具有較高的催化活性，但兩者能呈現(xiàn)高催化活性的條件有所不同，所以研究具有更佳性能的新型二維納米材料催化劑，是電池電水解發(fā)展的重要內(nèi)容。

（二）電催化析氫

氫氣作為一種清潔可持續(xù)的能源，成為新能源研究領(lǐng)域中的重點內(nèi)容，其本身也具有極高的能量密度。在目前的電解水制氫中，使用的催化劑是Pt基金屬，但是這種催化劑價格較高并且儲存量較少，在實際應(yīng)用中不能得到廣泛的應(yīng)用。在非金屬基的電催化劑中，原子層厚度的二維納米材料因為具有豐富的活性位點，在HER的研究中得到了廣泛的應(yīng)用。TMDs中的具有和Pt基相近的氫鍵，并且價格也相對低廉，成為HER研究中應(yīng)用較廣泛的二維材料。

綜上所述，在電化學(xué)領(lǐng)域中越來越多的新型二維納米材料得到了廣泛的應(yīng)用，本文主要討論了新型二維納米材料在鋰離子電池、超級電容器、電化學(xué)傳感器以及電催化等領(lǐng)域中的應(yīng)用，充分表現(xiàn)了新型二維納米材料在電化學(xué)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻：

[1]劉銳.新型二維納米材料在電化學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用[J].科技資訊，201816（12）：97-98.

[2]高利芳，宋忠乾，孫中輝，李風(fēng)華，韓冬雪，牛利.新型二維納米材料在電化學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展[J].應(yīng)用化學(xué)，2018，35（3）：247-258.

[作者單位]

湖北科技學(xué)院

（編輯：王潔雅）