研究背景
近年来，过渡金属硫化物因其独特的物理化学特性、低成本等特点而备受关注。其中，三元硫化物由于其出色的电化学性质在能量转换和储存领域（如：太阳能电池、水分解、制氢、超级电容器、离子电池等）广泛应用。特别是镍钴硫化物(NCSs)已成为最受关注的三元硫化物之一。其主要优点在于相对较高的电导率、多价态和丰富的晶体结构。NCSs 在储能装置、电催化、光催化、传感器和微波吸收中具有非常有前景的应用。
文章简介
近日，厦门大学的叶美丹教授在国际知名期刊 Journal of Materials Chemistry A 上发表题为“Recent Advances in Various Applications of Nickel Cobalt Sulfide Nanomaterials”的综述。该综述简要总结了 NCSs 在结构设计、部件优化和复合材料制备方面的最新进展，并全面回顾 NCSs 纳米材料在各个领域（例如超级电容器、电池、电催化、光催化、传感器和微波吸收）的最新应用。该文章针对 NCSs 的不同应用重点介绍了一些具有代表性的例子。最后，文章对 NCSs 纳米材料在不同应用中出现的常见问题进行了概述，同时也对其前景做了展望。
本文要点
在 NCSs 的微纳米结构设计方面，除了传统的纳米结构，一些特殊的形态也得到了应用（例如纳米管编织六边形微片、纳米片构建的中空纳米笼、纳米颗粒堆叠微球等）。这种分层结构有利于进一步放大活性反应位点，促进电荷传输并促进离子扩散，最终增强 NCSs 的性能。在化学计量效应方面，对于三元或四元半导体，其元素的化学计量比通常是可调的，这对其性能和器件性能也起着重要作用。NCSs 还可以与许多其他材料（例如金属氧化物、硫化物，硒化物，磷化物等）进行合理的整合以弥补NCSs的缺点。
文章重点回顾 NCSs 的应用（图 1），包括在储能器件中的应用（超级电容器和电池）、在水分解中的应用、在太阳能电池中的应用、在光催化中的应用、在传感器中的应用、在微波吸收中的应用。与相应的氧化物和二元硫化物相比，NCSs 因其相对较高的电导率和更多的氧化还原位点而被广泛应用于电化学储能装置，例如超级电容器和电池。由于 Ni 和 Co 在晶体结构中具有丰富的氧化还原对活性位点，NCSs 表现出比二元硫化物更高的电导率和催化能力，因此可以作为一种有前途的双功能催化剂应用于电催化水分解。同样的，NCSs 材料通过 Ni 和 Co 原子之间协同作用提供丰富的氧化还原反应和相对较高的电导率，有望成为有前途的染料敏化太阳能电池(DSC)和量子点敏化太阳能电池(QDSC)的对电极材料。由于 NCSs 具有良好的光电导率和 p 型半导体特性，也被引入光催化系统。NCSs 及其具有不同结构的复合材料也被认为是非生物酶葡萄糖传感器的最佳选择，对葡萄糖氧化具有良好的电催化活性。NCSs 因其出色的磁损耗性能而被认为是一种潜在的微波吸收材料。
▲ | 图 1. NCSs 的晶体结构、纳米结构及应用示意图。 |
关于 NCSs 在多个领域中的应用主要是基于其优异的特性，例如相对较高的电导率、丰富的活性位点和可调的组份。尽管在开发用于不同器件的 NCSs 基材料方面取得了很大进展，但这些材料仍不能满足实际应用的要求。未来应特别关注低制造成本、环境友好和工业规模制备。为了进一步合理设计 NCSs 材料，应当更多地了解 NCSs 材料的微观特性与宏观性能之间的关系。为了提高性能，需要开发和构建高效 NCSs 材料（例如，元素比例的调节、高效纳米结构的形成以及其他组份的集成）。此外，深入了解 NCSs 在不同应用系统中的材料行为和工作机制对于提高性能非常重要。非原位和原位表征技术的结合对于揭示基于 NCSs 应用的潜在机制（例如，组分转换、结构演化、反应途径和界面相互作用）非常有用。此外，具有更高合理性的、可靠性的数学建模和理论模拟的优化也非常有助于推动 NCSs 的实际应用。利用迅速发展和广泛应用在许多领域的机器学习，通过有目的的设计和简单、大规模、高效和低成本的制备策略，有可能成为研究在各种应用中性能优越的 NCSs 的有力途径。
论文信息
Recent Advances in Various Applications of Nickel Cobalt Sulfide Nanomaterials
Gaofei Xue, Tian Bai, Weiguo Wang, Senjing Wang and Meidan Ye (叶美丹，厦门大学)
J. Mater. Chem. A, 2022
http://doi.org/10.1039/D2TA00305H
厦门大学通讯作者
现任厦门大学物理科学与技术学院教授，研究领域包括高性能半导体微纳米材料的可控合成和机理研究，柔性能源器件（太阳能电池、纳米摩擦发电机，电化学储能器件等），光催化以及可穿戴生物传感器的制备。在 J. Am. Chem. Soc., Mater. Today, Adv. Mater., Adv. Energy. Mater., Adv. Funct. Mater., Nano Lett., Energy Storage Mater. 等国际著名期刊上发表论文七十多篇，以及相关英文专著兩本和专著章节四篇，文章被引用 4000 余次，H 因子 32。
厦门大学第一作者
现就读于厦门大学物理科学与技术学院，研究方向包括柔性能源及传感材料和器件。
