缺陷品卻更優質?缺陷石墨烯有大用!

時間:2022-04-19 09:48來源:作者: 點擊:
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摘要:通過化學手段修改的石墨烯,可以廉價且有效地模仿燃料電池和金屬空氣電池中的鉑或銥催化劑。石墨烯的電化學特

關鍵字:缺陷,品卻,優質,石墨,大用

通過化學手段修改的石墨烯,可以廉價且有效地模仿燃料電池和金屬空氣電池中的鉑或銥催化劑。石墨烯的電化學特性強烈依賴其化學結構和電子特性,化學結構與電子特性對于氧化還原過程的動力學有著顯著的影響。最近,新的實驗數據表明,在空位、石墨烯邊緣、雜質異質原子以及含氧官能團等結構缺陷中加速電子轉移是有可能的,從而激起了研究人員研究石墨烯表面非勻質電子轉移動力學的興趣。

創新研究

近日,俄羅斯莫斯科物理技術學院(MIPT)、俄羅斯斯科爾科沃科技學院(Skoltech)、俄羅斯科學院高溫聯合研究所的科學家們展開了一項理論研究,該研究是關于石墨烯中缺陷對石墨烯溶液界面上電子轉移的影響。他們的計算表明,這些缺陷可以增加電荷轉移率達一個數量級。此外,改變缺陷的類型,可以有選擇性地促進電子轉移至溶液中的某種試劑。這一研究成果發表在《Electrochimica Acta》雜志上。

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具有缺陷的石墨烯(圖片來源:Daria Sokol/MIPT Press Office

技術說明

最近,由三位俄羅斯科學家合著的一篇論文,對于在具有各種缺陷(單雙空位、Stone-Wales 缺陷、氮雜質、環氧基和羥基功能團)的石墨烯表面上的電子轉移動力學進行了理論研究。所有這些變化都顯著影響遷移速率常數。最明顯的效果是與單一空位相關:轉移率預計相對于無缺陷的石墨烯將增加一個數量級(圖1)。

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1:無缺陷的石墨烯(頂部)與具有空位的石墨烯(底部)的電子特性對比。在第二個案例中,費米能級附近的局部電子態的存在,促進了非絕熱的非勻質電子轉移。(圖片來源:Vitaliy Kislenko et al./Electrochimica Acta

相對于標準的氫電極,這種提升只能在具有(0.2~0.3伏)標準電勢的氧化還原過程中觀察到。這些計算也表明,由于石墨烯薄片的量子電容較低,所以電子轉移動力學可以通過改變雙層的電容來控制。

成果價值

這一研究成果對于創造高效的電化學傳感器和電催化劑來說非常有用。MIPT 高溫過程物理學系副教授 Sergey Kislenko 表示:在計算中,我們嘗試建立一種非勻質電子轉移的動力學由缺陷引起的石墨烯電子特性變化之間的關聯。結果表明,將缺陷引入到原始的石墨烯薄片中,將導致費米能級附近的電子態密度提升,并促進電子轉移。

這位科學家補充道:此外,不同的缺陷種類,也將以不同的方式,跨越不同的能量區域,影響電子態密度。這表明有可能實現選擇性電化學催化。我們相信,這些效果將對于電化學傳感器應用有用,并且我們正在開發的理論裝置能用于電化學應用所需的新材料的靶向化學設計。

【光粒網綜合報道】( 責任編輯:Jucy )
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