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二维无机材料剥离、纳米层组装及其功能化

二维无机材料剥离、纳米层组装及其功能化

  • 作者
  • 刘宗怀、何学侠、李琪编著

本书是一本系统论述二维无机层状材料的基础理论性著作,以不同电性二维无机层状材料为主线,围绕二维无机层状材料的制备技术、膨润与剥离、具体剥离方法、二维纳米片层功能化四部分展开论述,将剥离理论与具体应用技术相结合。书中依据二维无机层状材料层板电性不同,负电性二维无机层状材料主要讨论层状二氧化锰、层状二氧化钛和层状过渡金属碳、氮化物,正电性二维无机层状材料主要对层...


  • ¥168.00

ISBN: 978-7-122-38445-4

版次: 1

出版时间: 2021-07-01

图书介绍

ISBN:978-7-122-38445-4

语种:汉文

开本:16

出版时间:2021-07-01

装帧:精

页数:386

编辑推荐

本书为国家科学技术学术著作出版基金项目,是陕西师范大学刘宗怀等人多年研究成果与教学的积累。图书以不同电性二维无机材料为主线,从二维无机材料制备技术,二维无机材料膨润及剥离原理及规律,二维纳米片层组装原理及组装纳米功能材料应用四个方面进行论述和讨论。全书分为11章第1章为二维无机材料总论;第2-3章主要论述二维无机材料的剥离原理、本质和剥离规律性,即二维无机材料膨润现象和二维无机材料的剥离及无机纳米层;第4-10章依据不同电性二维无机材料制备技术、剥离方法、剥离纳米片层表征、纳米片层组装方法学及组装纳米功能材料应用展开论述,其中,负电性二维无机材料主要论述层状二氧化锰、层状二氧化钛和层状过渡金属碳、氮化物,正电性二维无机材料主要对层状双金属水合氢氧化物(LDHs)进行论述,中性二维无机材料主要论述层状MoS2、层状黑磷及层状锑烯等;第11章主要论述二维纳米片层组装材料在储能领域,特别在二次电池及超级电容器等方面的应用。 刘宗怀教授在二维层状材料制备、剥离及其功能化研究方面持续工作二十余年,系统研究了二维层状材料膨润及剥离过程、规律性及其纳米片层组装纳米层状功能材料,特别是在层状二氧化锰制备、膨润及剥离原理及规律性及二氧化锰纳米片层组装纳米功能材料研究方面研究特色明显,成果突出。发现了层状二氧化锰短距离膨润和剥离现象,从分子水平理论分析了短距离膨润和剥离原因,阐明了二维层状材料膨润及剥离本质所在,揭示了负电性二维层状材料短距离膨润和剥离规律性。以层状二氧化锰膨润及剥离规律性为指导,系统研究了二维层状氧化石墨、层状MoS2及层状黑磷,取得了系列开拓性研究成果,积累了丰富的理论知识和研究经验。

作者简介

刘宗怀,二级教授,博士生导师,享受政府特殊津贴,宝钢教育基金优秀教师奖获得者。2001年在日本国立德岛大学取得物质工学博士学位,接受日本学术振兴会(JSPS)资助,在日本产业技术综合研究所任特别研究员。2004年在陕西师范大学工作至今。研究方向为二维层状材料制备、剥离及储能性能研究。通过插入反应、离子交换和溶剂润湿等手段,实现了不同构造二维层状材料的膨润及剥离,阐明了不同电性二维层状材料膨润和剥离规律性;利用剥离得到的不同电性二维纳米层交互积层反应,组装了具有快速电荷存储和电化学反应双重特性超级电容器用系列二维纳米电极材料,开发了纳米层复合组装制备超级电容器用纳米电极材料新技术,为实现大容量、高功率及高能量密度超级电容器提供了新途径。先后主持了包括国家“863”科技计划及自然科学基金等研究课题十余项,在Angew.Chem.Int.Ed.,Adv.Funct.Mater.,Chem.Mater.等杂志发表研究论文130余篇,取得中国及日本发明专利12件,二维材料制备、剥离及储能性能研究工作分别获得陕西省科学技术进步二等奖和三等奖。

精彩书摘

本书是一本系统论述二维无机层状材料的基础理论性著作,以不同电性二维无机层状材料为主线,围绕二维无机层状材料的制备技术、膨润与剥离、具体剥离方法、二维纳米片层功能化四部分展开论述,将剥离理论与具体应用技术相结合。书中依据二维无机层状材料层板电性不同,负电性二维无机层状材料主要讨论层状二氧化锰、层状二氧化钛和层状过渡金属碳、氮化物,正电性二维无机层状材料主要对层状双金属氢氧化物(LDHs)进行讨论,中性二维无机层状材料主要讨论层状二硫化钼、层状黑磷及层状磷烯等。最后,单设一章论述二维纳米片层孔洞化及其材料电化学储能。 本书适合作为化学和材料类高年级本科生、研究生的教材,以及二维层状材料及功能材料研究人员的科研参考用书。

目录

第1章二维无机层状材料总论	
1.1概述	2
1.2二维无机层状材料的结构特征及分类	3
1.3无机层状材料的制备方法	5
1.3.1固相制备法	5
1.3.2液相制备法	6
1.3.3气相制备法	7
1.4二维无机层状材料的插层反应类型	7
1.4.1离子交换法	7
1.4.2分子嵌入法	9
1.4.3柱形化法	9
1.4.4剥离/重组法	10
1.5二维无机层状材料的功能化及其应用	12
参考文献	15

第2章二维无机层状材料的膨润和剥离
2.1概述	19
2.2二维无机层状材料的膨润	19
2.2.1膨润过程中的物理化学特性	22
2.2.2短距离膨润过程中的能量变化	25
2.2.3长距离膨润过程	26
2.2.4发生膨润现象的无机层状材料	28
2.3二维无机层状材料的剥离	30
2.3.1剥离反应行为	30
2.3.2剥离反应过程	32
2.3.3剥离反应体系	34
参考文献	35

第3章无机纳米片层及纳米片层组装
3.1无机纳米片层	38
3.1.1纳米片层的构造	39
3.1.2纳米片层的制备	40
3.1.3纳米片层的表征	52
3.1.4纳米片层的性质	58
3.1.5纳米片层的应用	61
3.2无机纳米片层的组装	62
3.2.1絮凝组装	62
3.2.2交替沉积组装	65
3.2.3Langmuir-Blodgett组装	67
3.2.4冷冻/或喷雾干燥组装	69
参考文献	71

第4章层状二氧化锰
4.1二氧化锰的结构及分类	75
4.1.1二氧化锰的结构特征	75
4.1.2层状二氧化锰的结构特征	76
4.1.3隧道型二氧化锰的结构特征	77
4.2二氧化锰的制备技术	80
4.2.1固相反应法和熔融盐法	81
4.2.2氧化还原沉淀法	82
4.2.3水热和溶剂热法、水热软化学法	83
4.3不同结构二氧化锰的性质	84
4.3.1层状二氧化锰的性质和反应特征	84
4.3.2隧道型二氧化锰的性质及反应特征	87
4.3.3二氧化锰的离子筛性质	90
4.4层状二氧化锰的短距离膨润	92
4.4.1季铵离子的插层膨润过程	93
4.4.2插层反应Kielland曲线	103
4.4.3短距离膨润的影响因素	104
4.5层状二氧化锰的剥离	109
4.5.1四甲基铵插层二氧化锰水洗剥离	109
4.5.2剥离过程的影响因素	112
4.5.3四丁基铵插层二氧化锰剥离	114
4.5.4二氧化锰纳米片层的室温一步制备	116
4.6二氧化锰纳米片层的精细调控	118
4.6.1纳米片层尺寸的控制	118
4.6.2纳米片层组成和结构的调控	118
4.6.3纳米片层静电自组装	119
参考文献	124

第5章层状二氧化钛
5.1二氧化钛及层状钛酸盐结构	128
5.1.1二氧化钛的晶体结构	128
5.1.2层状钛酸盐结构	129
5.2层状钛酸盐的制备和离子交换	132
5.2.1层状钛酸盐制备技术	132
5.2.2层状钛酸盐的离子交换	133
5.2.3掺杂层状钛酸盐和层状钛酸	135
5.3层状二氧化钛的膨润和剥离	137
5.3.1插层反应及膨润	137
5.3.2膨润与剥离过程	144
5.3.3渗透膨润与剥离关系	146
5.4二氧化钛纳米片层的表征	150
5.4.1小角X射线散射	150
5.4.2透射电子显微镜和原子力显微镜表征	152
5.4.3纳米片层的尺寸控制	154
5.5二氧化钛纳米片层的性质	157
5.5.1光学性质	157
5.5.2电学性质	159
5.5.3催化性质	160
5.5.4理论分析	161
5.6二氧化钛纳米片层的组装及功能化	162
5.6.1组装二维薄膜	162
5.6.2组装粉状纳米结构	168
5.6.3诱导相转移	172
参考文献	174

第6章层状双金属氢氧化物
6.1LDHs的组成、结构和性质	178
6.1.1LDHs的组成和结构	178
6.1.2LDHs的性质	179
6.2LDHs制备技术	183
6.2.1共沉淀法	183
6.2.2均相沉淀法	184
6.2.3水热制备法	184
6.2.4离子交换法	185
6.2.5焙烧复原法	186
6.2.6表面原位制备技术	186
6.2.7模板法	187
6.2.8其它制备方法	187
6.3LDHs剥离过程	188
6.3.1层间环境改善条件下剥离	190
6.3.2机械力驱动剥离	195
6.3.3水介质中剥离	201
6.3.4低温碱介质中剥离	203
6.3.5等离子体诱导剥离	205
6.3.6奥斯特瓦尔德熟化-驱动剥离	206
6.3.7LDHs纳米片层直接制备	207
6.4正电性LDH纳米片层功能化	212
6.4.1层板阳离子掺杂功能化	212
6.4.2纳米片层缺陷功能化	214
6.4.3纳米片层孔洞功能化	215
参考文献	216

第7章层状过渡金属碳化物
7.1MAX相的结构、制备及性质	220
7.1.1MAX相的结构	220
7.1.2MAX相的制备	221
7.1.3MAX相的性质	223
7.2MXene的结构、制备及性质	224
7.2.1MXene的结构	224
7.2.2MXene材料的制备	225
7.3MXene层状材料剥离	233
7.3.1MAX相制备MXene材料的剥离能	234
7.3.2插层/机械辅助剥离	234
7.3.3Al两性下的TMAOH插层/剥离	239
7.3.4无氟刻蚀剥离	239
7.3.5冻结-融化辅助剥离	242
7.3.6藻类提取物剥离	244
7.4MXene及纳米片层性质	245
7.4.1MXene插层性质	245
7.4.2纳米片层分散液的稳定性	246
7.4.3纳米片层缺陷性质	248
7.4.4纳米片层液晶相	248
参考文献	251

第8章过渡金属硫族化合物
8.1TMDs层状结构	255
8.2TMDs剥离	257
8.2.1机械剥离法	257
8.2.2液相剥离法	261
8.3特殊结构与性质TMDs纳米片层	277
8.3.1缺陷纳米片层	277
8.3.2异质原子掺杂纳米片层	280
8.3.3合金化纳米片层	281
8.3.4纯1T/1T相纳米片层	283
8.3.5纳米片层表面化学	284
8.4TMDs纳米片层性质	286
8.4.1电子结构和光学性质	286
8.4.2力学性质	287
8.4.3摩擦和热性质	288
参考文献	289

第9章层状黑磷
9.1层状黑磷结构	293
9.2层状黑磷的制备	294
9.2.1高温/高压法	295
9.2.2矿化剂辅助法	296
9.3层状黑磷剥离	296
9.3.1机械剥离转移法	297
9.3.2液相剥离	299
9.3.3液相超声辅助剥离	300
9.3.4溶剂热辅助液相剥离	306
9.3.5剪切力辅助液相剥离	307
9.3.6等离子体辅助减薄剥离	308
9.4磷烯纳米片层性质	309
9.4.1物理性质	309
9.4.2化学稳定性	312
9.5磷烯纳米片层缺陷工程	313
参考文献	315

第10章单元素层状材料
10.1硼烯结构、制备及纳米层性质	320
10.1.1硼烯结构	320
10.1.2硼烯制备	322
10.1.3硼烯性质	328
10.2硅烯结构、制备及其性质	331
10.2.1硅烯结构	331
10.2.2硅烯制备	332
10.2.3硅烯电子结构	335
10.2.4硅烯功能化	337
参考文献	339

第11章纳米片层孔洞化及其电化学储能
11.1电化学储能原理	343
11.2电化学电容器分类及工作原理	344
11.2.1电化学电容器分类	344
11.2.2电化学电容器工作原理	345
11.3锂离子二次电池及工作原理	347
11.4二维纳米储能电极材料的结构调控	349
11.5纳米片层孔洞化策略	350
11.5.1氧化还原孔洞化机制	352
11.5.2模板导向孔洞化机制	362
11.6孔洞化纳米片层材料电化学储能	366
11.6.1超级电容器储能	366
11.6.2二次电池储能	374
11.7孔洞化纳米片层电化学储能应用展望	378
参考文献	380

索引

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