Yury Gogotsi教授Adv. Mater.二维过渡金属氮化物纳米晶，兼具0D和2D材料特性

作为典型的储能器件，锂硫电池正极仍然存在两个主要的挑战：

1. 硫的利用率；

2. 宿主材料和硫之间的强亲和力。

据报道，与广泛研究的碳材料相比，过渡金属氮化物(TMN) 纳米材料与硫的相互作用更强。如果能够做到高导电性，TMN材料很有可能克服上述挑战。

一般来说，具有高表面积的零维(0D)纳米颗粒可以高度暴露活性位点，然而，如果纳米晶体之间只有物理接触，则导电性会严重不足。另一方面，二维(2D)金属片层的导电性较高，但致密结构并不能满足离子的大规模输运。

因此，如果设计出一种纳米结构，同时具有0D和2D材料的特性，那就可以做到博采众长。德雷塞尔大学Yury Gogotsi教授认为，由小TMN纳米晶堆叠形成具有二维形貌的阵列，将是一种很有前景的电极候选材料，它既能提供高比表面积，又能提供良好的电子/离子输运。

作者通过拓扑化学法制备出三种TMN纳米晶体二维阵列，分别为CrN, TiN和NbN。二维纳米层的厚度在4-8 nm之间，CrN纳米晶的粒径约为4.7 nm，TiN纳米晶的粒径约为6.9 nm，NbN纳米晶的粒径约为7.8 nm。

X射线对分布函数(PDF)分析：所有三个样品均与立方TMN结构一致，CrN的立方点阵参数为4.148 Å，TiN的立方点阵参数为4.195 Å，NbN的立方点阵参数为4.318 Å。

以CrN为例，作者研究了TMN二维纳米晶体阵列的生长机理。在400 °C时，虽然有二维结构出现，但在XRD上没有衍射峰；在500 °C时，2D阵列开始出现，600 °C时XRD的衍射峰变宽，直至700 °C，Cr2O3完全转化为CrN。

NbN对Li2S6有很好的吸附性，因此可以作为锂硫电池正极材料。电极中硫载量为2.0 mg cm−2，其中NbN/S正极在0.2 C (1C = 1674 mA g−1)下循环200圈，仍可保持1140 mAh g−1的高容量。当硫载量提高到>5 mg cm−2后，NbN/S-5.1正极在1C下的初始容量为912.8 mAh g−1，循环1000圈后容量可保持796.5 mAh g−1。

该工作以“Two‐Dimensional Arrays of Transition Metal Nitride Nanocrystals” 为标题于2019年6月25日发表在国际顶刊 Adv. Mater. 上。

Two‐Dimensional Arrays of Transition Metal Nitride Nanocrystals. (JAdv. Mater., 2019，DOI: 10.1002/adma.201902393)

原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.201902393