Команда Острова науки добилась нового прогресса в изучении макроскопических тел высококристаллического графена

Недавно группа исследователей Чжэньян Ван из Института твердого тела Хэфэйского института материаловедения Китайской академии наук добилась ряда успехов в ковалентном росте высококристаллических графеновых макросом и модуляции их электрического поведения, а также связанных с этим результаты исследования были опубликованы в журнале Advanced Functional Materials and Chemical Engineering Journal.
Графен — двумерный углеродный материал с превосходными механическими, электрическими, термическими и оптическими свойствами. Эффективное приготовление и макроскопическая сборка графена имеют большое значение для его крупномасштабного применения. В настоящее время традиционные методы получения графеновых макросом, такие как жидкофазная самосборка, 3D-печать и каталитический шаблонный метод, могут реализовать только нековалентное слабое взаимодействие между ламелями графена, что приводит к нарушению непрерывности кристаллической структуры графена и становится основным фактором. ограничение электрических свойств макросом графена.
Ввиду этого исследователи разработали метод послойного ковалентного выращивания с помощью лазера для получения высококристаллических макросом графена, а молекулярно-динамическое моделирование теоретически выявило механизм его ковалентного роста. Метод ковалентного выращивания позволил материалу иметь непрерывную кристаллическую структуру и добиться 100-кратного увеличения его межслоевой проводимости по сравнению с нековалентной сборкой. Этот материал помогает решить проблемы укладки слоев, регулирования качества кристаллов, каналов транспортировки ионов, объемного эффекта и других проблем, с которыми сталкивается крупномасштабное применение графена, а также закладывает основу для применения графеновых электродов для хранения энергии. Результаты соответствующих исследований были опубликованы в журнале Advanced Functional Materials (Adv. Funct. Mater., 2023, DOI: 10.1002/adfm.202305191).
Кроме того, чтобы решить проблему недостаточной проводимости, вызванную низкой концентрацией свободных электронов в графеновых электродах, исследователи ввели в систему материала наночастицы меди, богатые свободными электронами, образуя стабильную связь Cu-C на границе раздела Cu и графена. , тем самым реализуя сверхвысокую проводимость композиционного материала за счет инжекции электронов, при этом проводимость достигает 0,37×107 См·м-1, что близко к проводимости чистого металл. Проводимость достигает 0,37×107 См·м-1, что близко к проводимости чистого металла и в 3000 раз выше, чем у чистого графена. Спектроскопия тонкой структуры рентгеновского поглощения (XAFS) в сочетании с моделированием теории функционала плотности (DFT) выявляет влияние межфазной структуры на проводимость, что имеет большое значение для модуляции проводимости графена для различных применений. Результаты были опубликованы в журнале Chemical Engineering Journal (Chem. Eng. J., 462, 142319 (2023)).
Вышеупомянутая работа была поддержана Национальной программой ключевых исследований и разработок Китая, Национальным фондом естественных наук Китая, Крупным проектом науки и технологий провинции Аньхой и Ключевой программой исследований и разработок провинции Аньхой.