一、项目简介（选题研究现状、意义及背景）
选题的科学意义和应用前景
选题背景：
从远古时期的钻木取火到现代的火车汽车航天飞机等，能源的应用一直体现在人类生活的方方面面，尤其自工业革命以来，能源更是促进了科技的进步和工业的发展。石油、煤、天然气等化石能源一直是人类生产生活中的主要能源，但其不可再生、产生温室气体、产生有毒气体等缺陷，会造成能源枯竭、空气污染、全球变暖的问题。现在全球都在面临能源危机等各种环境问题[1],虽然很多研究人员开发了太阳能、风能、水能、潮汐能等无污染的自然能源以缓解这些问题，但这些自然能源受天气,季节等影响具有不稳定的特点，不能保障能量连续稳定的供给，因此对储能材料的开发和研究具有重要意义。二次电池由于其具有可多次充放电、重复使用的特性，间世以来便受到了广泛的关注与大量的应用。其中锂离子电池更是由于其工作电压高、比能量大、重量轻、体积小、循环寿命长、无记忆效应、可快速充放电和无环境污染等系列显著的优点，大量应用于储能装置[2]。
锂离子电池(LIBs)作为电源被广泛应用于各种应用，从便携式电子产品、电动汽车到电网储能;然而，它们的能量密度仍然不能令人满意。为进一步提升锂离子电池的储锂容量及其循环续航能力，需要克服的技术难点在于制备开发出性能出色、成本低廉的绿色环保电极材料。为了在不影响其功率密度和循环稳定性的前提下，提高储能能力的新型电极材料的开发已经付出了很大的努力[3]。二维材料具有高的表面体积比、快速的电荷输运和缩短的离子扩散途径，有利于电化学动力学，被认为是储能的最佳备选电极[4-6]。MXene(如Ti3C2Tx)作为二维材料的重要成员，在金属导电性、锂离子的低扩散势垒和嵌入/脱嵌入过程中可忽略的体积变化等方面表现出额外的优点[7]。作为二维材料家族中的后起之秀，MXene包括过渡金属碳化物，氮化物和碳氮化物，通常表示为 Mn 1XnTx其中 M 代表过渡金属，如 Ti、Nb 等，X 是 C 或 N 元素，Tx 表示 不同的表面终止极性基团，如-OH，-O 和-F。然而，MXene在LIBs中的应用受到了相对较低的理论能力的严重限制(320 mAh gminus;1)[8]。此外.由于范德华作用和氢键之间造成的再堆积问题MXene纳米片仍然不可避免，导致可达表面积、电导率和活性位点显著降低，进一步降低其锂存储能力。
金属有机骨架材料是一种具有结晶度明确、晶体结构和组成可调等优点的多孔材料。在形貌方面，可以通过合成方法调节颗粒/孔径大小，实验条件，和溶剂，[MOFs(如ZIF-67)作为有前途的自模板来构建形貌和组成可调节的中空框架[9-11]，受到了广泛的关注。通过化学蚀刻、离子交换和可控环境下的煅烧，多种电化学活性材料从其母MOF前驱体简单转化而来，包括NixCo3minus;xS4空心纳米棱柱、[12]Cu1.8S空心八面体、[13]空心mo掺杂CoP纳米阵列、[14]和Co3O4/Co-Fe氧化物双壳纳米盒。这些具有大量开放通道的分层结构使得它们作为超级电容器、[15-16]LiBs、[17]钠离子电池、[18]水分解、和传感器的电极材料具有非凡的性能。在此基础上，可开发一种简便、可控的工程方法带负电荷的 MXene 二维纳 米片和带正电荷的 ZIF-67 多面体层状双氢氧化物通过静电自组装成三维中空框架，之后再经过热退火，得到过渡金属氧化(TMOs)@MXene 空心框架，并用作（锂离子电池）LIBs 的负极料。
研究现状：
目前，针对过渡金属氧化物负极材料的研究已经较为广泛，然而其较差的导电性，充放电过程中复杂的副反应，锂化过程中巨大的体积膨胀等不利因素极大地阻止了锂离子电池负极材料的发展。因此，同样具备较高理论容量的过渡金属硫属化合物开始逐渐被科研工作者关注[19]。尤其以二维过渡金属硫属化合物为代表，独特的物理、电子、化学性能，保证了其在能源存储方面具有良好的使用前景。对比以上过渡金属氧化物负极材料，二维过渡金属硫属化合物在导电性，锂化过程中的体积膨胀率等方面都具有一定优势。目前Nb、V等过渡金属硫属化合物作为锂离子电池负极材料的研究相对较少，然而其在合成过程中多采用固相合成法，材料产率较低，复合材料的制备相对较难，且形貌相对不可控制。为实现该类二维过渡金属硫属化合物的可控便捷制备，新的合成技术亟待开发，而对该类材料的进一步改性可以更大程度的发挥其优秀的锂离子存储能力[20]。
综上所述，通过二维过渡金属Nb、V的硫属化合物及其复合材料的设计与制备，研究其储锂机制，探讨结晶形态、晶型、微观结构等对电化学储锂性能之间的关系，不仅有着较好的理论研究意义，同时还有助于开发更优性能，更安全的锂离子电池体系，推动其在动力电池等大型供电设备中的应用。
研究意义：
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