科学家改进了闪光焦耳加热工艺,可以成功生产掺杂石墨烯

从废物中闪现石墨烯只是一个好的开始。现在,莱斯大学的研究人员正在定制它。

化学家詹姆斯·图尔(James Tour)的赖斯实验室(Rice lab)改进了闪光焦耳加热工艺,以生产掺杂石墨烯,该石墨烯可以调整原子厚材料的结构和电子状态,使其更适合用于光学和电子纳米器件。掺杂过程可以将其他元素添加到石墨烯的2D碳基体中。

《美国化学学会杂志》或《美国化学学会杂志》报道了如何用单一元素或三元石墨对掺杂纳米元素。用单元素硼、氮、氧、磷和硫、硼和氮的双元素组合以及硼、氮和硫的三元素混合物对该过程进行了演示。

该过程耗时约1秒,既不含催化剂,也不含溶剂,完全依赖于“闪蒸”将掺杂元素与炭黑结合的粉末。

掺杂石墨烯可以通过自下而上的方法,如化学气相沉积或合成有机过程,但这些方法通常会产生微量产物或在石墨烯中产生缺陷。Rice法是一种快速、无需溶剂、催化剂或水就能制备大量“杂原子掺杂”石墨烯的有前途的方法。

赖斯大学的化学家们创造了一种无催化剂和无溶剂的快速焦耳加热工艺,用于制造大量掺杂石墨烯,并为光学和电子纳米器件量身定制性能。来源:图尔实验室/赖斯大学

图尔说:“这为闪光石墨烯开辟了一个新的可能性领域。一旦我们学会了制造原始产品,我们就知道直接合成掺杂涡轮层状石墨烯的能力将带来更多有用产品的选择。添加到石墨烯基体中的这些新原子将允许制造出更强的复合材料,因为新原子将更好地结合到主体材料上,如混凝土、沥青或塑料。添加的原子还将修改材料电子产品的特性,使其更适合于特定的电子和光学设备。”

当二维蜂窝状晶格的堆叠彼此不对齐时,石墨烯是涡轮层状的。图尔说,这使得在溶液中分散纳米级薄片变得更容易,产生可溶性石墨烯,这种石墨烯更容易与其他材料结合。

硼氮共掺杂闪光石墨烯的透射电子显微镜图像。来源:陈伟音//赖斯大学

该实验室在两种情况下测试了各种掺杂石墨烯:对燃料电池等催化装置至关重要的电化学氧还原反应(ORR),以及作为代表下一代高能量密度可充电电池的锂金属电池电极的一部分。

硫掺杂的石墨烯被证明最适合ORR,而氮掺杂的石墨烯被证明能够降低金属锂电沉积过程中的成核过电位。该实验室报告称,这将有助于下一代可充电金属电池更均匀的沉积和更高的稳定性。

原文链接:https://www.xianjichina.com/news/details_291155.html
来源:贤集网
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