Hybride nanomaterialer stritter med potentiale

Ved at kombinere flere nanomaterialer i en enkelt struktur, forskere kan skabe hybride materialer, der inkorporerer de bedste egenskaber af hver komponent og udkonkurrerer ethvert enkelt stof. En kontrolleret metode til fremstilling af trelags hule nanostrukturer er nu blevet udviklet hos KAUST. Hybridstrukturerne består af en ledende organisk kerne klemt mellem lag af elektrokatalytisk aktive metaller:deres potentielle anvendelser spænder fra bedre batterielektroder til vedvarende brændstofproduktion.

Selvom der findes flere metoder til at skabe to-lags materialer, at lave trelagsstrukturer har vist sig meget vanskeligere, siger Peng Wang fra Water Desalination and Reuse Center, som ledte den nuværende forskning sammen med professor Yu Han, medlem af Advanced Membranes and Porous Materials Center på KAUST. Forskerne udviklede en ny, dobbelt-skabelon tilgang, forklarer Sifei Zhuo, et postdoktor i Wangs team.

Forskerne dyrkede deres hybride nanomateriale direkte på carbonpapir - en måtte af elektrisk ledende carbonfibre. De producerede først en strålende skov af nikkelkobolthydroxylcarbonat (NiCoHC) nanotråde på overfladen af ​​hver kulfiber (billede 1). Hvert lille uorganisk børstehår blev belagt med et organisk lag kaldet hydrogensubstitueret grafdiyn (HsGDY) (billede 2).

Det næste var det vigtigste trin med dobbelt skabelon. Når holdet tilføjede en kemisk blanding, der reagerer med den indre NiCoHC, HsGDY fungerede som en delvis barriere. Nogle nikkel- og koboltioner fra det indre lag diffunderede udad, hvor de reagerede med thiomolybdat fra den omgivende opløsning for at danne den ydre nikkel-, kobolt-co-doteret MoS ₂ (Nej, Co-MoS ₂ ) lag. I mellemtiden nogle svovlioner fra de tilsatte kemikalier diffunderede indad for at reagere med det resterende nikkel og kobolt. Det resulterende stof (billede 3) havde strukturen Co ₉ S ₈ , Ni ₃ S ₂ @HsGDY@Ni, Co-MoS ₂ , hvor det ledende organiske HsGDY-lag er klemt mellem to uorganiske lag (billede 4).

Tre-lagsmaterialet viste god ydeevne ved elektrokatalytisk at nedbryde vandmolekyler for at generere brint, et potentielt vedvarende brændstof. Forskerne skabte også andre tredobbeltlagsmaterialer ved hjælp af metoden med dobbelt skabelon

"Disse tre-lags nanostrukturer rummer et stort potentiale inden for energikonvertering og lagring, " siger Zhuo. "Vi mener, at den kan udvides til at fungere som en lovende elektrode i mange elektrokemiske anvendelser, såsom i superkondensatorer og natrium-/lithium-ion-batterier, og til brug ved afsaltning af vand."