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《Nature Portfolio》:多孔结构赋予石墨烯新的超能力
出处:材料分析与应用  录入日期:2024-06-11  点击数:148

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  用纳米级孔钉住石墨烯使材料更具导电性,并增加其表面积。图片来源:BONNINSTUDIO/Getty Images
  自 2004 年首次分离出石墨烯以来,它一直是一种神奇的材料。石墨烯薄片只有一个碳原子厚,具有强度高、重量轻、导电性强等特点,研究人员一直在寻找将这种材料应用到各种电子设备中的方法。现在,土耳其安卡拉纳米技术公司(Nanografi Nano Technology)的科学家们发现,他们可以通过在石墨烯上铆钉打孔的方法,将石墨烯变成一种更有吸引力的材料。
  Nanografi将其版本称为“多孔超级石墨烯”。“这些孔隙的引入可以赋予石墨烯一些有趣的特性,”Nanografi创新总监Mehrdad Forough说。在这些特性中,这些孔使材料更具导电性,其效率是工业规模中常用的多层石墨烯的3.3倍。
  这些孔还允许离子穿过材料,提供对前表面和背面的访问,从而增加表面积。这种通道在电池、储能或生物传感器中可能很重要。孔隙的内边缘也提供了一个连接官能化学基团的地方,因此石墨烯可以与其他材料集成以制造传感器或电池电极。
  事实上,制造充电速度更快、能量更充沛的电池是多孔石墨烯的主要承诺之一。“这可以促进电动汽车的超级充电站,”Forough说。这种材料可以允许新型电池,例如用钠代替锂,或者使用金属作为电极,空气作为另一个电极。新的超级电容器也可以容纳比现有设备更多的能量。
  除了电池之外,还有很多其他潜在的应用。Holey石墨烯可用作高级气体分离的膜,从天然气中去除杂质,从烟气中捕获碳,或生产氢气作为燃料。出于同样的原因,它可能是水净化系统的一部分。它还可用于制造用于化学反应的改进催化剂。
  正是孔的精确排列改变了电子的局部状态,并赋予了多孔石墨烯有吸引力的特性。这些孔的大小可以从大约 10 到 100 nm 不等,它们之间的距离也可以定制,从而调整电气特性。Nanografi已经尝试了几种技术来创造孔洞,包括化学蚀刻,化学气相沉积或纳米光刻,在模板上生长石墨烯,以及用电子束钻孔。其中一些技术可以更精确地放置孔,而另一些技术则可以更快地合成。该公司正在研究如何进一步加强对毛孔位置的控制。
  Forough说,Nanografi之所以追求制造石墨烯的新方法,是因为它对现有材料的局限性有深刻的理解。“我们认识到,虽然石墨烯本身因其强度、柔韧性和导电性而成为一种非凡的材料,但仍有意想不到的途径可以解锁新的功能,”他说。“我们的目标不仅仅是推动材料科学的发展,而是为解决当今社会面临的一些紧迫的技术和环境挑战做出贡献。”

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