電気化学エネルギー貯蔵のための新規二次元多孔質材料.ミニレビュー

Novel Two-dimensional Porous Materials for Electrochemical Energy Storage: A Minireview.

• Lei Mao
• Xun Zhao
• Huayu Wang
• Hong Xu
• Li Xie
• Chenglan Zhao
• Lingyun Chen

抄録

二次元（二次元）多孔質材料は、電気化学エネルギー変換・貯蔵の分野で大きな可能性を秘めています。私たちの研究グループは、過去5年間にわたり、様々な2次元多孔質材料の単純、質量、均質、繰り返し可能な合成と、電気化学エネルギー貯蔵、特にスーパーキャパシタ(SC)への応用に焦点を当ててきました。実験過程では、反応種、異なるイオンのモル比、濃度、反応溶液のpH値、加熱温度、反応時間などの実験パラメータを精密に制御することで、遷移金属酸化物（TMO）、遷移金属水酸化物（TMHO）、遷移金属シュウ酸塩（TMOX）、遷移金属配位錯体（TMCC）、炭素材料、およびそれらの誘導体や複合材料の結晶構造、組成、結晶性、モルフォロジー、サイズを制御することに成功しました。また、それらの一部をＣＱＵ-Ｃｈｅｎ（ＣＱＵは重慶大学の頭文字、ＣｈｅｎはＬｉｎｇｙｕｎ Ｃｈｅｎの苗字）を用いてＣＱＵ-Ｃｈｅｎ-Ｃｏ-Ｏ-１、ＣＱＵ-Ｃｈｅｎ-Ｎｉ-Ｏ-Ｈ-１などと命名している。ＣＱＵ-Ｃｈｅｎ-Ｚｎ-Ｃｏ-Ｏ-１、ＣＱＵ-Ｃｈｅｎ-Ｚｎ-Ｃｏ-Ｏ-２、ＣＱＵ-Ｃｈｅｎ-ＯＡ-Ｃｏ-２-１、ＣＱＵ-Ｃｈｅｎ-Ｃｏ-ＯＡ-１、ＣＱＵ-Ｃｈｅｎ-Ｎｉ-ＯＡ-１、ＣＱＵ-Ｃｈｅｎ-Ｇｌｙ-Ｃｏ-３-１、ＣＱＵ-Ｃｈｅｎ-Ｇｌｙ-Ｎｉ-２-１、ＣＱＵ-Ｃｈｅｎ-Ｇｌｙ-Ｃｏ-Ｎｉ-１などが挙げられる。ＳＣの電極材料として２次元多孔質材料を導入することで、エネルギー貯蔵性能を向上させることができる。これらの材料は、イオン吸着のための多数の活性サイトを提供し、高速イオン輸送のための豊富なチャネルを供給し、電気伝導度を高め、電子輸送とイオンの浸透を容易にします。このユニークな2次元多孔質構造のレビューは、主にSCのための2次元多孔質ナノ構造材料における私たちの貢献を紹介することに専念しています。最後に、二次元多孔質材料の開発と電気化学的エネルギー変換・貯蔵への応用についてのさらなる方向性についても紹介する。

Two dimensional (2D) porous materials have great potential in electrochemical energy conversion and storage. Over the past five years, our research group has focused on Simple, Mass, Homogeneous and Repeatable Synthesis of various 2D porous materials and their applications for electrochemical energy storage especially for supercapacitors (SCs). During the experimental process, through precisely controlling the experimental parameters, such as reaction species, molar ratio of different ions, concentration, pH value of reaction solution, heating temperature, and reaction time, we have successfully achieved the control of crystal structure, composition, crystallinity, morphology, and size of these 2D porous materials including transition metal oxides (TMOs), transition metal hydroxides (TMHOs), transition metal oxalates (TMOXs), transition metal coordination complexes (TMCCs) and carbon materials, as well as their derivatives and composites. We have also named some of them with CQU-Chen (CQU is the initialism of Chongqing University, Chen is the last name of Lingyun Chen), such as CQU-Chen-Co-O-1, CQU-Chen-Ni-O-H-1, CQU-Chen-Zn-Co-O-1, CQU-Chen-Zn-Co-O-2, CQU-Chen-OA-Co-2-1, CQU-Chen-Co-OA-1, CQU-Chen-Ni-OA-1, CQU-Chen-Gly-Co-3-1, CQU-Chen-Gly-Ni-2-1, CQU-Chen-Gly-Co-Ni-1, etc. The introduction of 2D porous materials as electrode materials for SCs improves the energy storage performances. These materials provide a large number of active sites for ion adsorption, supply plentiful channels for fast ion transport and boost electrical conductivity and facilitate electron transportation and ion penetration. The unique 2D porous structures review is mainly devoted to the introduction of our contribution in the 2D porous nanostructured materials for SC. Finally, the further directions about the preparation of 2D porous materials and electrochemical energy conversion and storage applications are also included.

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