本書是一本系統(tǒng)論述二維無機材料的基礎理論性著作，以不同電性二維無機材料為主線，圍繞二維無機材料的制備技術、膨潤與剝離、具體剝離方法、二維納米片層功能化四部分展開論述，將剝離理論與具體應用技術相結合。書中依據二維無機材料層板電性不同，負電性二維無機材料主要討論層狀二氧化錳、層狀二氧化鈦和層狀過渡金屬碳、氮化物，正電性二維無機材料主要對層狀雙金屬氫氧化物（LDHs）進行討論，中性二維無機材料主要討論層狀二硫化鉬、層狀黑磷及層狀磷烯等。最后，另設章節(jié)專門論述了二維納米片層孔洞化及其材料電化學儲能。
本書適合作為化學和材料類高年級本科生、研究生的教材，以及二維層狀材料及功能材料研究人員的科研參考用書。
本書為國家科學技術學術著作出版基金項目，是陜西師范大學劉宗懷等人多年研究成果與教學的積累。圖書以不同電性二維無機材料為主線，從二維無機材料制備技術，二維無機材料膨潤及剝離原理及規(guī)律，二維納米片層組裝原理及組裝納米功能材料應用四個方面進行論述和討論。全書分為11章：第1章為二維無機材料總論；第2-3章主要論述二維無機材料的剝離原理、本質和剝離規(guī)律性，即二維無機材料膨潤現(xiàn)象和二維無機材料的剝離及無機納米層；第4-10章依據不同電性二維無機材料制備技術、剝離方法、剝離納米片層表征、納米片層組裝方法學及組裝納米功能材料應用展開論述，其中，負電性二維無機材料主要論述層狀二氧化錳、層狀二氧化鈦和層狀過渡金屬碳、氮化物，正電性二維無機材料主要對層狀雙金屬水合氫氧化物（LDHs）進行論述，中性二維無機材料主要論述層狀MoS2、層狀黑磷及層狀銻烯等；第11章主要論述二維納米片層組裝材料在儲能領域，特別在二次電池及超級電容器等方面的應用。
劉宗懷教授在二維層狀材料制備、剝離及其功能化研究方面持續(xù)工作二十余年，系統(tǒng)研究了二維層狀材料膨潤及剝離過程、規(guī)律性及其納米片層組裝納米層狀功能材料，特別是在層狀二氧化錳制備、膨潤及剝離原理及規(guī)律性及二氧化錳納米片層組裝納米功能材料研究方面研究特色明顯，成果突出。發(fā)現(xiàn)了層狀二氧化錳短距離膨潤和剝離現(xiàn)象，從分子水平理論分析了短距離膨潤和剝離原因，闡明了二維層狀材料膨潤及剝離本質所在，揭示了負電性二維層狀材料短距離膨潤和剝離規(guī)律性。以層狀二氧化錳膨潤及剝離規(guī)律性為指導，系統(tǒng)研究了二維層狀氧化石墨、層狀MoS2及層狀黑磷，取得了系列開拓性研究成果，積累了豐富的理論知識和研究經驗。
二維無機層狀材料是一類重要的固體功能材料，其層與層之間弱的相互作用、層板內強的共價鍵作用以及分子級納米層板厚度等獨特的結構特性，為該類材料的膨潤、剝離、納米片層功能化及設計組裝新型納米層狀功能材料提供了理論及實踐上的可行性，成為設計、組裝和制備二維納米材料重要的前驅體或基本組裝單元。近二十年來，二維無機層狀材料及其剝離所得二維納米片層的研究出現(xiàn)了井噴式發(fā)展趨勢，所組裝材料在儲能材料、光催化材料、吸附材料及磁性材料等領域展現(xiàn)了廣闊的應用前景。
二維無機層狀材料及其剝離所得二維納米片層的基礎和應用研究已經取得了顯著進步。針對不同類型二維無機層狀材料，圍繞其制備技術、插層反應機制、膨潤和剝離過程以及納米片層組裝二維納米功能材料等方面，發(fā)展了許多獨特的制備新技術，闡明了二維無機層狀材料的插層反應機制，發(fā)展了二維無機層狀材料膨潤和剝離新體系，實現(xiàn)了二維納米材料應用性的突破。這些工作的特點是特定類型二維無機層狀材料研究目標明確，解決問題針對性強，且相應的文獻報道和書籍較多。但是，對于不同類型二維無機層狀材料的結構差異性導致的插層反應機制、膨潤和剝離行為的本質規(guī)律以及納米片層組裝二維納米材料等研究的系統(tǒng)性有待加強，需要一本有關其制備、膨潤和剝離、納米片層功能化的系統(tǒng)性著作以彌補這方面的不足。因此，本書的編寫思想是以不同電性二維無機層狀材料為主線，從二維無機層狀材料的制備、膨潤及剝離原理、剝離方法、二維納米片層功能化等方面進行論述和討論，以彌補相近書籍只注重二維無機層狀材料制備或只注重其剝離現(xiàn)象及剝離材料應用，而對剝離本質及原理的系統(tǒng)論述和討論不足的現(xiàn)狀，為化學和材料類高年級本科生、研究生和二維層狀材料及功能材料研究人員提供一本系統(tǒng)論述二維無機層狀材料的基礎理論性著作。
本書主要內容包括二維無機層狀材料制備技術，二維無機層狀材料膨潤、剝離原理及方法，二維納米片層功能化以及納米功能材料應用四大部分。全書共分11章，第1章為二維無機層狀材料總論；第2～3章主要論述二維無機層狀材料膨潤、剝離原理和規(guī)律性，即二維無機層狀材料的膨潤現(xiàn)象、剝離以及無機納米片層；第4～10章依據不同電性二維無機層狀材料，從制備技術、剝離方法、剝離納米片層、納米片層功能化及組裝材料的應用分別展開論述。依據二維無機層狀材料層板電性的不同，負電性二維無機層狀材料主要集中討論層狀二氧化錳、層狀二氧化鈦和層狀過渡金屬碳、氮化物，正電性二維無機層狀材料主要對層狀雙金屬水合氫氧化物（LDHs）進行討論，中性二維無機層狀材料主要討論層狀MoS2、層狀黑磷及層狀磷烯等；第11章主要論述二維納米片層的孔洞化及其材料的電化學儲能。
本書初稿部分內容系陜西師范大學材料科學與工程學院的講義。在講義使用過程中，不少老師和學生都提出了寶貴意見，編者謹向他們表示感謝。
本書在編寫過程中，還參考了國內外出版的一些教材、著作和論文，在學習過程中獲得了啟發(fā)和教益，編者謹向作者表示感謝。
最后，感謝化學工業(yè)出版社的熱情鼓勵、支持和幫助。
由于編者水平有限，疏漏和不當之處在所難免，懇請各位專家和同行以及閱讀使用本書的教師和同學們提出寶貴意見，以便及時更正。
劉宗懷
2021年4月于陜西師范大學
劉宗懷，陜西師范大學教授，在無機層狀材料的制備、剝離及納米層組裝方向有20年以上的工作和研究經歷，對于無機層狀化合物的剝離及剝離得到的納米層組裝層狀納米功能材料有比較系統(tǒng)的理解和應用，特別是首次發(fā)現(xiàn)了層狀二氧化錳剝離行為，利用剝離得到的二氧化錳納米層組裝了系列在儲能材料方面有應用價值的層狀納米功能材料。主要體現(xiàn)在開發(fā)了不同電性無機層狀化合物剝離新技術，實現(xiàn)了溫和條件下不同電性納米層組裝制備納米層狀功能材料，為實現(xiàn)超級電容器能量密度及容量改善提供了新途徑。這些關聯(lián)研究成果先后獲得國家863課題、國家自然科學基金等項目10余項資助，在Small、Mater. Chem.、J. Power Sources等刊物發(fā)表論文130余篇，他引4000余次，獲中國授權發(fā)明專利9項。
第1章 二維無機層狀材料總論
1.1 概述 2
1.2 二維無機層狀材料的結構特征及分類 3
1.3 無機層狀材料的制備方法 5
1.3.1 固相制備法 5
1.3.2 液相制備法 6
1.3.3 氣相制備法 7
1.4 二維無機層狀材料的插層反應類型 7
1.4.1 離子交換法 7
1.4.2 分子嵌入法 9
1.4.3 柱形化法 9
1.4.4 剝離/重組法 10
1.5 二維無機層狀材料的功能化及其應用 12
參考文獻 15
第2章 二維無機層狀材料的膨潤和剝離
2.1 概述 19
2.2 二維無機層狀材料的膨潤 19
2.2.1 膨潤過程中的物理化學特性 22
2.2.2 短距離膨潤過程中的能量變化 25
2.2.3 長距離膨潤過程 26
2.2.4 發(fā)生膨潤現(xiàn)象的無機層狀材料 28
2.3 二維無機層狀材料的剝離 30
2.3.1 剝離反應行為 30
2.3.2 剝離反應過程 32
2.3.3 剝離反應體系 34
參考文獻 35
第3章 無機納米片層及納米片層組裝
3.1 無機納米片層 38
3.1.1 納米片層的構造 39
3.1.2 納米片層的制備 40
3.1.3 納米片層的表征 52
3.1.4 納米片層的性質 58
3.1.5 納米片層的應用 61
3.2 無機納米片層的組裝 62
3.2.1 絮凝組裝 62
3.2.2 交替沉積組裝 65
3.2.3 Langmuir-Blodgett組裝 67
3.2.4 冷凍/或噴霧干燥組裝 69
參考文獻 71
第4章 層狀二氧化錳
4.1 二氧化錳的結構及分類 75
4.1.1 二氧化錳的結構特征 75
4.1.2 層狀二氧化錳的結構特征 76
4.1.3 隧道型二氧化錳的結構特征 77
4.2 二氧化錳的制備技術 80
4.2.1 固相反應法和熔融鹽法 81
4.2.2 氧化還原沉淀法 82
4.2.3 水熱和溶劑熱法、水熱軟化學法 83
4.3 不同結構二氧化錳的性質 84
4.3.1 層狀二氧化錳的性質和反應特征 84
4.3.2 隧道型二氧化錳的性質及反應特征 87
4.3.3 二氧化錳的離子篩性質 90
4.4 層狀二氧化錳的短距離膨潤 92
4.4.1 季銨離子的插層膨潤過程 93
4.4.2 插層反應Kielland曲線 103
4.4.3 短距離膨潤的影響因素 104
4.5 層狀二氧化錳的剝離 109
4.5.1 四甲基銨插層二氧化錳水洗剝離 109
4.5.2 剝離過程的影響因素 112
4.5.3 四丁基銨插層二氧化錳剝離 114
4.5.4 二氧化錳納米片層的室溫一步制備 116
4.6 二氧化錳納米片層的精細調控 118
4.6.1 納米片層尺寸的控制 118
4.6.2 納米片層組成和結構的調控 118
4.6.3 納米片層靜電自組裝 119
參考文獻 124
第5章 層狀二氧化鈦
5.1 二氧化鈦及層狀鈦酸鹽結構 128
5.1.1 二氧化鈦的晶體結構 128
5.1.2 層狀鈦酸鹽結構 129
5.2 層狀鈦酸鹽的制備和離子交換 132
5.2.1 層狀鈦酸鹽制備技術 132
5.2.2 層狀鈦酸鹽的離子交換 133
5.2.3 摻雜層狀鈦酸鹽和層狀鈦酸 135
5.3 層狀二氧化鈦的膨潤和剝離 137
5.3.1 插層反應及膨潤 137
5.3.2 膨潤與剝離過程 144
5.3.3 滲透膨潤與剝離關系 146
5.4 二氧化鈦納米片層的表征 150
5.4.1 小角X射線散射 150
5.4.2 透射電子顯微鏡和原子力顯微鏡表征 152
5.4.3 納米片層的尺寸控制 154
5.5 二氧化鈦納米片層的性質 157
5.5.1 光學性質 157
5.5.2 電學性質 159
5.5.3 催化性質 160
5.5.4 理論分析 161
5.6 二氧化鈦納米片層的組裝及功能化 162
5.6.1 組裝二維薄膜 162
5.6.2 組裝粉狀納米結構 168
5.6.3 誘導相轉移 172
參考文獻 174
第6章 層狀雙金屬氫氧化物
6.1 LDHs的組成、結構和性質 178
6.1.1 LDHs的組成和結構 178
6.1.2 LDHs的性質 179
6.2 LDHs制備技術 183
6.2.1 共沉淀法 183
6.2.2 均相沉淀法 184
6.2.3 水熱制備法 184
6.2.4 離子交換法 185
6.2.5 焙燒復原法 186
6.2.6 表面原位制備技術 186
6.2.7 模板法 187
6.2.8 其它制備方法 187
6.3 LDHs剝離過程 188
6.3.1 層間環(huán)境改善條件下剝離 190
6.3.2 機械力驅動剝離 195
6.3.3 水介質中剝離 201
6.3.4 低溫堿介質中剝離 203
6.3.5 等離子體誘導剝離 205
6.3.6 奧斯特瓦爾德熟化-驅動剝離 206
6.3.7 LDHs納米片層直接制備 207
6.4 正電性LDH納米片層功能化 212
6.4.1 層板陽離子摻雜功能化 212
6.4.2 納米片層缺陷功能化 214
6.4.3 納米片層孔洞功能化 215
參考文獻 216
第7章 層狀過渡金屬碳化物
7.1 MAX相的結構、制備及性質 220
7.1.1 MAX相的結構 220
7.1.2 MAX相的制備 221
7.1.3 MAX相的性質 223
7.2 MXene的結構、制備及性質 224
7.2.1 MXene的結構 224
7.2.2 MXene材料的制備 225
7.3 MXene層狀材料剝離 233
7.3.1 MAX相制備MXene材料的剝離能 234
7.3.2 插層/機械輔助剝離 234
7.3.3 Al兩性下的TMAOH插層/剝離 239
7.3.4 無氟刻蝕剝離 239
7.3.5 凍結-融化輔助剝離 242
7.3.6 藻類提取物剝離 244
7.4 MXene及納米片層性質 245
7.4.1 MXene插層性質 245
7.4.2 納米片層分散液的穩(wěn)定性 246
7.4.3 納米片層缺陷性質 248
7.4.4 納米片層液晶相 248
參考文獻 251
第8章 過渡金屬硫族化合物
8.1 TMDs層狀結構 255
8.2 TMDs剝離 257
8.2.1 機械剝離法 257
8.2.2 液相剝離法 261
8.3 特殊結構與性質TMDs納米片層 277
8.3.1 缺陷納米片層 277
8.3.2 異質原子摻雜納米片層 280
8.3.3 合金化納米片層 281
8.3.4 純1T/1T'相納米片層 283
8.3.5 納米片層表面化學 284
8.4 TMDs納米片層性質 286
8.4.1 電子結構和光學性質 286
8.4.2 力學性質 287
8.4.3 摩擦和熱性質 288
參考文獻 289
第9章 層狀黑磷
9.1 層狀黑磷結構 293
9.2 層狀黑磷的制備 294
9.2.1 高溫/高壓法 295
9.2.2 礦化劑輔助法 296
9.3 層狀黑磷剝離 296
9.3.1 機械剝離轉移法 297
9.3.2 液相剝離 299
9.3.3 液相超聲輔助剝離 300
9.3.4 溶劑熱輔助液相剝離 306
9.3.5 剪切力輔助液相剝離 307
9.3.6 等離子體輔助減薄剝離 308
9.4 磷烯納米片層性質 309
9.4.1 物理性質 309
9.4.2 化學穩(wěn)定性 312
9.5 磷烯納米片層缺陷工程 313
參考文獻 315
第10章 單元素層狀材料
10.1 硼烯結構、制備及納米層性質 320
10.1.1 硼烯結構 320
10.1.2 硼烯制備 322
10.1.3 硼烯性質 328
10.2 硅烯結構、制備及其性質 331
10.2.1 硅烯結構 331
10.2.2 硅烯制備 332
10.2.3 硅烯電子結構 335
10.2.4 硅烯功能化 337
參考文獻 339
第11章 納米片層孔洞化及其電化學儲能
11.1 電化學儲能原理 343
11.2 電化學電容器分類及工作原理 344
11.2.1 電化學電容器分類 344
11.2.2 電化學電容器工作原理 345
11.3 鋰離子二次電池及工作原理 347
11.4 二維納米儲能電極材料的結構調控 349
11.5 納米片層孔洞化策略 350
11.5.1 氧化還原孔洞化機制 352
11.5.2 模板導向孔洞化機制 362
11.6 孔洞化納米片層材料電化學儲能 366
11.6.1 超級電容器儲能 366
11.6.2 二次電池儲能 374
11.7 孔洞化納米片層電化學儲能應用展望 378
參考文獻 380
索引
書單推薦
