MoS2基范德瓦尔斯异质结构的设计、合成与性能研究

The van der Waals Heterostructures stacked by two-dimensional materials with different properties have many novel features, one of the most prominent advantage is their performance can be controlled according to the requirement, so they have high research value in many fields, such as energy band engineering, tunneling devices and optoelectronic devices. This project aimed to design and build two different van der Waals Heterostructure based on the 2D MoS2 nanosheets, 2D graphene and 1D carbon nanotubes (CNTs): (a) MoS2-Ni(or Co)-graphene (or CNTs) and (b) MoS2-NiCoS-graphene (or CNTs), researching the microwave absorbing properties of (a) and the supercapacitor performance of (b), respectively..Main solved problems includes: study systematically the influence of difference in structure, composition and size on microwave absorption and supercapacitor performance; discuss the physical mechanism of the van der Waals Heterostructures with different dimensions; deepen the understanding of microwave absorption and supercapacitor performance based on layered composites from theory and experiment; reveal the internal relations between physical properties and microstructure. The completion of this project can provide detailed theory gist for the application of MoS2 base van der Waals Heterostructures in communication, stealth materials and energy storage devices, etc.

由不同性质的二维材料组合堆叠而成的范德瓦尔斯异质结构可呈现出新奇的电学、磁学、光学特性，各层性能强强联合，可根据需要进行人为调控，因此在能带工程、隧穿器件以及光电器件等领域中具有重要研究价值。本项目拟以二维MoS2、二维石墨烯、一维碳纳米管为基础，设计、构建两种组成不同的范德瓦尔斯异质结构：（a）MoS2-镍（或钴）金属纳米颗粒-石墨烯（或碳管）和（b）MoS2-镍钴硫化物纳米颗粒-石墨烯（或碳管），分别研究材料（a）的微波吸收性能和材料（b）作为超级电容器电极的超电性能；系统研究结构、组成、尺寸差异对微波吸收和超电性能的影响，探讨不同维度范德瓦尔斯异质结构各层间相互作用的物理机制，从理论和实验上加深对层状纳米复合材料吸波和超电特性的理解，揭示出物理性能与微结构之间的内在联系，为实现MoS2基范德瓦尔斯异质结构在通讯、隐身材料、高性能能量存储器件等领域的应用提供翔实可靠的理论依据。

由不同性质的二维材料组合堆叠而成的范德瓦尔斯异质结构可呈现出新奇的电学、磁学、光学特性，各层性能强强联合，可根据需要进行人为调控，因此在能带工程、隧穿器件以及光电器件等领域中具有重要研究价值。本项目（11774156）以二维MoS2、二维石墨烯、一维碳纳米管为基础，设计、构建了组成不同的范德瓦尔斯异质结构：（a）MoS2-镍（或钴）金属纳米颗粒-石墨烯（或碳管）和（b）MoS2-镍钴硫化物纳米颗粒-石墨烯（或碳管），分别研究材料（a）的微波吸收性能和材料（b）作为超级电容器电极的超电性能，取得了一系列富有创新性的研究结果；利用Li离子插层液相剥离法制备出单层MoS2纳米片，以氧化石墨烯GO为基底材料，采用水热法合成了MoS2/rGO复合纳米材料，研究结果表明当3D纳米结构的MoS2@rGO应用在超级电容器的电极材料时表现出优异的电化学性能，比电容值高达472F/g，表现出良好的倍率特性和优越的电容特性。经过循环30000次后，比容量由472F/g轻微衰减到466.8 F/g，比容量保持率约为98.9%，具有良好的循环稳定性能；研究了三种不同维度的二元MoS2基混合维范德瓦尔斯异质结构的电磁性质及吸波性能。这三种异质结分别为：1）2-0 MoS2-Ni纳米颗粒；2）2-1 MoS2-碳纳米管；3）2-3 MoS2-碳纳米片，通过控制合成条件，得到的三种异质结具有明显不同的微结构和电磁性质，由于吸波性能依赖于材料的电磁性质，通过可控合成可以调节异质结的电磁性质进而观测到优异的微波吸收性能。本项目共发表SCI论文28篇，培养博士研究生7名，硕士研究生3名。