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“織紋”結構金屬氧化物納米薄膜問世

美國布朗大學官網近日發布公告稱,該校工程學院研究人員利用他們創建的石墨烯模闆,成功合成出具有褶皺和凹裂結構的超薄金屬氧化物納米結構,并證明這些織紋結構能顯著改進光催化劑和電池電極的性能。相關研究發表在美國化學協會《納米》期刊上。

該研究團隊之前曾成功在氧化石墨烯單層納米材料上引入褶皺和凹裂結構,從而大大增強了石墨烯的抗水性和導電性。但他們想用同樣方法增強金屬氧化物等材料性能時卻遇到困難:引入褶皺結構需要從多個方向對石墨烯多次施壓,而金屬氧化物太硬,這種施壓過程會使其斷裂,無法操作。“于是,我們嘗試用褶皺的石墨烯層作為模闆,結果制作出褶皺的金屬氧化物薄膜。”領導該研究的博士後研究員陳伯彥(音譯)說。

陳伯彥團隊将石墨烯沉積到受熱會收縮的聚合物底層上,底層在收縮過程中會将石墨烯擠向頂層,形成褶皺或凹裂結構。接着他們移走底層,在石墨烯褶皺層下面留下空置層,将褶皺的石墨烯層放到帶正電的金屬離子水溶液中。帶負電石墨烯會将金屬離子吸引到層間空位,在那裡鍵合成與石墨烯層一樣的褶皺或凹裂結構,最後将石墨烯氧化揮發,留下褶皺的金屬氧化物層。

他們用這種石墨烯模闆制成了鋅、鋁、鎂和銅等不同金屬氧化物的複雜結構。由于石墨烯壓縮過程可以沿多個方向多次施壓,從而獲得不同的褶皺結構。檢測表明,新結構的褶皺表面能增強金屬氧化物的性能,如褶皺氧化鎂電極的導電性能是平層的4倍,凹裂結構氧化鋅對光催化反應的催化性能也是平層的4倍。陳伯彥表示,新方法除了可用來改進金屬氧化物的性能,還可用來研制不同性能的超級薄膜及全新二維材料。

來源:科技日報

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