サイエンスアイランドチーム、高結晶性グラフェンの巨視的本体の研究で新たな進歩を遂げる

最近、中国科学院合肥材料科学研究所固体研究所の研究者 Zhenyang Wang のチームは、高結晶性グラフェン マクロソームの共有結合成長とその電気的挙動の調節、および関連する研究で一連の進歩を遂げました。研究成果がAdvanced Functional Materials and Chemical Engineering Journalに掲載されました。
グラフェンは、優れた機械的、電気的、熱的、光学的特性を備えた二次元炭素材料です。 グラフェンの効率的な調製と巨視的集合は、大規模用途にとって非常に重要です。 現在、液相自己組織化、3Dプリンティング、触媒テンプレート法などのグラフェンマクロソームの従来の調製方法では、グラフェンラメラ間の非共有結合的な弱い相互作用接続しか実現できず、これがグラフェン結晶構造の不連続につながり、主な要因となります。グラフェンマクロソームの電気的特性を制限します。
これを考慮して、研究者らは高結晶性グラフェンマクロソームを調製するためのレーザー支援によるレイヤーバイレイヤー共有結合成長法を開発し、分子動力学シミュレーションによりその共有結合成長メカニズムを理論的に明らかにした。 共有結合による成長法により、材料は連続的な結晶構造を持つことが可能になり、非共有結合による集合体と比較して層間導電率が 100- 倍増加しました。 この材料は、層の積層、結晶の品質制御、イオン輸送チャネル、体積効果、およびグラフェンの大規模応用が直面するその他の問題の解決に役立ち、グラフェンのエネルギー貯蔵電極応用の基礎を築きます。 関連する研究結果は、Advanced Functional Materials (Adv. Funct. Mater., 2023, DOI: 10.1002/adfm.202305191) に掲載されました。
さらに、グラフェン電極の自由電子濃度が低いために生じる導電性不足の問題を解決するために、研究者らは自由電子が豊富な銅ナノ粒子を材料システムに導入し、Cuとグラフェンの界面に安定したCu-C結合を形成しました。これにより、電子注入により複合材料の超高導電率が実現され、その導電率は純粋な導電率に近い 0.37×107 S m-1 に達します。金属。 導電率は 0.37×107 S m-1 に達し、これは純粋な金属の導電率に近く、純粋なグラフェンの導電率の 3000 倍です。 X 線吸収微細構造 (XAFS) 分光法と密度汎関数理論 (DFT) シミュレーションを組み合わせることで、導電率に対する界面構造の影響が明らかになります。これは、さまざまな用途に合わせてグラフェンの導電率を変調する上で非常に重要です。 結果はChemical Engineering Journal (Chem. Eng. J., 462, 142319 (2023))に掲載されました。
上記の研究は、中国国家重点研究開発プログラム、中国国家自然科学財団、安徽省科学技術メジャープロジェクト、および安徽省重点研究開発プログラムによって支援されました。