Das Team von Science Island erzielt neue Fortschritte bei der Untersuchung makroskopischer Körper aus hochkristallinem Graphen

Kürzlich hat ein Forscherteam um Zhenyang Wang vom Institute of Solid State des Hefei Institute of Materials Science der Chinesischen Akademie der Wissenschaften eine Reihe von Fortschritten beim kovalenten Wachstum hochkristalliner Graphen-Makrosomen und der Modulation ihres elektrischen Verhaltens und damit verbundener Dinge erzielt Forschungsergebnisse wurden im Advanced Functional Materials and Chemical Engineering Journal veröffentlicht.
Graphen ist ein zweidimensionales Kohlenstoffmaterial mit hervorragenden mechanischen, elektrischen, thermischen und optischen Eigenschaften. Die effiziente Herstellung und makroskopische Anordnung von Graphen ist für seine großtechnischen Anwendungen von großer Bedeutung. Derzeit können herkömmliche Methoden zur Herstellung von Graphen-Makrosomen, wie die Selbstorganisation in flüssiger Phase, der 3D-Druck und die katalytische Template-Methode, nur eine nichtkovalente schwache Wechselwirkungsverbindung zwischen Graphenlamellen realisieren, was zu einer Diskontinuität der Graphenkristallstruktur führt und zum Hauptfaktor wird Begrenzung der elektrischen Eigenschaften von Graphen-Makrosomen.
Vor diesem Hintergrund entwickelten die Forscher eine lasergestützte schichtweise kovalente Wachstumsmethode zur Herstellung hochkristalliner Graphen-Makrosomen, und Molekulardynamiksimulationen deckten theoretisch den kovalenten Wachstumsmechanismus auf. Die kovalente Wachstumsmethode ermöglichte dem Material eine kontinuierliche Kristallstruktur und erreichte eine 100-fache Steigerung seiner Leitfähigkeit über die Schicht hinweg im Vergleich zur nichtkovalenten Anordnung. Das Material hilft bei der Lösung der Probleme der Schichtstapelung, der Regulierung der Kristallqualität, der Ionentransportkanäle, des Volumeneffekts und anderer Probleme, mit denen die großflächige Anwendung von Graphen konfrontiert ist, und legt den Grundstein für die Anwendung von Graphen als Energiespeicherelektrode. Die entsprechenden Forschungsergebnisse wurden in Advanced Functional Materials (Adv. Funct. Mater., 2023, DOI: 10.1002/adfm.202305191) veröffentlicht.
Um das Problem der unzureichenden Leitfähigkeit zu lösen, die durch eine niedrige Konzentration freier Elektronen in Graphenelektroden verursacht wird, führten die Forscher außerdem freie, elektronenreiche Kupfernanopartikel in das Materialsystem ein und bildeten so eine stabile Cu-C-Bindung an der Grenzfläche von Cu und Graphen Dadurch wird die ultrahohe Leitfähigkeit des Verbundmaterials durch Elektroneninjektion erreicht, wobei die Leitfähigkeit 0.37×107 S m-1 erreicht, was der von reinem Material nahe kommt Metall. Die Leitfähigkeit erreicht 0,37×107 S m-1, was nahe an der von reinem Metall und 3000-mal höher als die von reinem Graphen liegt. Röntgenabsorptions-Feinstrukturspektroskopie (XAFS) in Kombination mit Dichtefunktionaltheorie (DFT)-Simulation zeigt die Auswirkung der Grenzflächenstruktur auf die Leitfähigkeit, die für die Leitfähigkeitsmodulation von Graphen für verschiedene Anwendungen von großer Bedeutung ist. Die Ergebnisse wurden im Chemical Engineering Journal (Chem. Eng. J., 462, 142319 (2023)) veröffentlicht.
Die oben genannte Arbeit wurde vom National Key Research and Development Program of China, der National Natural Science Foundation of China, dem Anhui Provincial Science and Technology Major Project und dem Anhui Provincial Key Research and Development Program unterstützt.