Het Science Island-team boekt nieuwe vooruitgang bij de studie van macroscopische lichamen van hoogkristallijn grafeen

Onlangs heeft een team van onderzoeker Zhenyang Wang van het Institute of Solid State, Hefei Institute of Materials Science, Chinese Academy of Sciences, een reeks vooruitgang geboekt in de covalente groei van hoogkristallijne grafeenmacrosomen en de modulatie van hun elektrisch gedrag, en de daarmee samenhangende onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in Advanced Functional Materials en Chemical Engineering Journal.
Grafeen is een tweedimensionaal koolstofmateriaal met uitstekende mechanische, elektrische, thermische en optische eigenschappen. De efficiënte bereiding en macroscopische assemblage van grafeen zijn van groot belang voor de grootschalige toepassingen ervan. Momenteel kunnen conventionele bereidingsmethoden van grafeenmacrosomen, zoals zelfassemblage in de vloeibare fase, 3D-printen en katalytische sjabloonmethode, alleen een niet-covalente zwakke interactieverbinding tussen grafeenlamellen realiseren, wat leidt tot discontinuïteit van de grafeenkristalstructuur en de belangrijkste factor wordt. het beperken van de elektrische eigenschappen van grafeenmacrosomen.
Met het oog hierop ontwikkelden de onderzoekers een laserondersteunde laag-voor-laag covalente groeimethode om zeer kristallijne grafeenmacrosomen te bereiden, en simulaties van moleculaire dynamica onthulden theoretisch het covalente groeimechanisme ervan. De covalente groeimethode zorgde ervoor dat het materiaal een continue kristalstructuur had en bereikte een 100-voudige toename van de geleidbaarheid over de lagen vergeleken met niet-covalente assemblage. Het materiaal helpt bij het oplossen van de problemen van het stapelen van lagen, het reguleren van de kristalkwaliteit, ionentransportkanalen, volume-effecten en andere problemen waarmee de grootschalige toepassing van grafeen te maken heeft, en legt de basis voor de toepassing van grafeen voor energieopslagelektroden. De gerelateerde onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in Advanced Functional Materials (Adv. Funct. Mater., 2023, DOI: 10.1002/adfm.202305191).
Om het probleem van onvoldoende geleidbaarheid veroorzaakt door een lage vrije elektronenconcentratie in grafeenelektroden op te lossen, introduceerden de onderzoekers bovendien vrije elektronenrijke koperen nanodeeltjes in het materiaalsysteem, waardoor een stabiele Cu-C-binding ontstond op het grensvlak van Cu en grafeen. , waardoor de ultrahoge geleidbaarheid van het composietmateriaal wordt gerealiseerd door middel van elektroneninjectie, waarbij de geleidbaarheid 0.37×107 S m-1 bereikt, wat dicht bij die van puur ligt metaal. De geleidbaarheid bereikt 0,37×107 S m-1, wat dicht bij die van puur metaal ligt en 3000 keer hoger dan die van puur grafeen. Röntgenabsorptie fijne structuur (XAFS) spectroscopie gecombineerd met dichtheidsfunctionaaltheorie (DFT) simulatie onthult het effect van de grensvlakstructuur op de geleidbaarheid, wat van groot belang is voor de geleidbaarheidsmodulatie van grafeen om aan verschillende toepassingen te voldoen. De resultaten werden gepubliceerd in Chemical Engineering Journal (Chem. Eng. J., 462, 142319 (2023)).
Het bovenstaande werk werd ondersteund door het National Key Research and Development Program van China, de National Natural Science Foundation of China, het Anhui Provincial Science and Technology Major Project en het Anhui Provincial Key Research and Development Program.