PNSMI 综述
Chevrel相化合物：晶体结构与电化学应用新进展
全文导读
Chevrel相化合物是一类无机材料，由于其独特的晶体结构和性质，在电化学储能和电催化领域发挥着重要的作用。Chevrel相化合物不仅可以作为多种阳离子可逆插层的主体结构，而且在电化学还原反应中表现出较高的催化活性。本文综述了Chevrel相化合物的结构可调性、新的合成方法和电化学性能，重点介绍了Chevrel相化合物结合电池技术和催化技术在电化学应用方面的最新进展。
Chevrel 相化合物晶体结构与性能
Chevrel相晶体结构非常灵活，三元相的所有组分都可以用多个元素代替，开放的框架和连接的通道，可以嵌入具有高阳离子迁移率的客体阳离子。每个Mo6簇能够接受多达四个电子以适应阳离子的插入，与高电子导电性相结合，使Chevrel相化合物有潜力作为充电电池正极材料。
Chevrel相化合物是唯一能够快速可逆插入多种阳离子的一类材料。它的菱形结构是由一个微扭曲的Mo6X8立方体块组成，其中8个阴离子位于立方体角上。六个Mo阳离子以八面体几何排列。其晶格参数的主要区别在于其菱面角可以明显增大，从而导致其物理化学性质的不同。
Chevrel相化合物的合成
Mo6X8的制备方法主要分为高温固相法(HT)、两步溶液化学法(TSC)、熔盐合成法(MSS)以及高能机械磨矿法(HEMM)、Swagelok型反应器法(STR)和微波合成法(MSM)等新型合成方法。机器学习已被用于指导Chevrel相化合物的合成。
Chevrel相化合物的应用
储能应用
Chevrel 相化合物具有高电导率和高离子迁移率，由于其丰富的晶体结构空腔可容纳离子嵌入，研究报道具有中空内外位的二元Chevrel化合物可作为二次电池的电极材料。
在某种全水电池中，以纳米Mo6S8阳极和LiMn2O4阴极组成，并以21 M LiTFSI作为电解质。表现出优异的循环稳定性，Mo6S8阳极的晶体结构得到了很好的维持。
最近，Mo6S8纳米片同时应用于镁电池和铝电池中，表现出动力学快、极化小、容量大、低温下电化学性能好的特点。
电催化应用
采用模板定向方法合成的Ni2Mo6S8中空纳米结构表现出良好的析氢反应性能，最近报道的一种机械稳定、全金属、高活性的CuMo6S8/Cu电极在10 mA/cm2下的过电位为172 mV，在2500 mA/cm2的大电流密度下，在超过100小时的时间内实现了非常小的过电位334 mV，这在工业应用中具有重要意义。
在其他的的电催化反应中，Cu2Mo6S8也被发现是CO2还原反应(CO2RR)的良好电催化剂；Fe2Mo6S8作为氮还原反应(NRR)的电催化剂等。
图文解析
图2. Mo6S8的晶体结构。
图3. 3c和d中显示，chevrel化合物改性隔板可以有效改善Mg-S电池的穿梭问题。3f显示，添加Mo6S8可以将可逆容量从140 mAh/g显著提高到220 mAh/g。
表2. Chevrel相化合物作为阴极材料的性能总结。
图4. 图a显示过电位低至- 257 mV，电流密度达到10 mA/cm2，Ni2Mo6S8有良好的析氢反应的电催化性能。
总结与前瞻
Chevrel相化合物具有易金属离子插入、晶体和电子结构可调、稳定性高的特性，可作为可充电电池的电极和电催化剂。Chevrel相化合物的电化学性质在阴极材料和催化技术方面具有广泛的应用前景，未来研究方向：
（1）通过对其结构和性能相关性的研究，可将其作为电极材料应用于其他多电子转移电池体系。
（2）通过调整三维过渡金属或在Chevrel相化合物中掺杂其他有效的催化金属，可以进一步提高电催化性能。
（3）将原位或操作表征与理论方法相结合，可以更有效地研究Chevrel相化合物。
（4）低功耗、短时间的大规模合成纳米级Chevrel相化合物的方法，如焦耳加热法和改进的微波辅助法。
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https://doi.org/10.1016/j.pnsc.2023.01.002
期刊简介
Progress in Natural Science: Materials International(PNSMI)由中国材料研究学会主办，是一本综合类英文SCI学术期刊，刊登材料科学领域的基础研究和应用基础研究方面的高水平、有创造性和重要意义的最新研究成果。
2023年最新影响因子4.8，分区为中科院材料科学二区。入选2019年中国科技期刊卓越行动计划，2022、2023连续两年获评中国最具国际影响力学术期刊。
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