Graphene bliver forbedret ved at blinke

At få grafen til at blive til fra affald var blot en god start. Nu tilpasser forskere fra Rice University det.

Kemikeren James Tours Rice-laboratorium har ændret sin flash-joule-opvarmningsproces for at producere dopet grafen, der skræddersy det atomtykke materiales strukturer og elektroniske tilstande for at gøre dem mere velegnede til optiske og elektroniske nanoenheder. Dopingprocessen tilføjer andre elementer til grafens 2D kulstofmatrix.

Processen rapporteret i American Chemical Society-tidsskriftet ACS Nano viser, hvordan grafen kan dopes med et enkelt grundstof eller med par eller trioer af grundstoffer. Processen blev demonstreret med enkelte grundstoffer bor, nitrogen, oxygen, fosfor og svovl, en to-element kombination af bor og nitrogen og en tre-element blanding af bor, nitrogen og svovl.

Processen tager cirka et sekund, er både katalysator- og opløsningsmiddelfri og er helt afhængig af at "flashe" et pulver, der kombinerer doteringselementerne med kønrøg.

Doping af grafen er muligt gennem bottom-up tilgange som kemisk dampaflejring eller syntetiske organiske processer, men disse giver normalt produkter i spormængder eller producerer defekter i grafen. Risprocessen er en lovende vej til at producere store mængder "heteroatom-doteret" grafen hurtigt og uden opløsningsmidler, katalysatorer eller vand.

"Dette åbner op for et nyt rige af muligheder for flashgrafen," sagde Tour. "Når vi først lærte at lave det originale produkt, vidste vi, at evnen til direkte at syntetisere dopet turbostratisk grafen ville føre til mange flere muligheder for nyttige produkter. Disse nye atomer tilføjet til grafenmatricen vil tillade, at der kan fremstilles stærkere kompositter, da de nye atomer vil binder sig bedre til værtsmaterialet, såsom beton, asfalt eller plastik. De tilføjede atomer vil også ændre de elektroniske egenskaber, hvilket gør dem bedre egnede til specifikke elektroniske og optiske enheder."

Grafen er turbostratisk, når stakke af 2D honeycomblike-gitre ikke flugter med hinanden. Dette gør det lettere at sprede arkene i nanoskala i en opløsning, hvilket producerer opløseligt grafen, der er meget nemmere at inkorporere i andre materialer, sagde Tour.

Laboratoriet testede forskellige dopede grafener i to scenarier:elektrokemiske oxygenreduktionsreaktioner (ORR), der er nøglen til katalytiske enheder som brændselsceller, og som en del af en elektrode i lithiummetalbatterier, der repræsenterer den næste generation af genopladelige batterier med høj energitæthed.

Svovl-doteret grafen viste sig bedst til ORR, mens nitrogen-doteret grafen viste sig i stand til at reducere nukleationsoverpotentialet under elektroaflejringen af ​​metallisk lithium. Det skulle lette mere ensartet aflejring og forbedret stabilitet i næste generation af genopladelige metalbatterier, rapporterede laboratoriet. + Udforsk yderligere

Maskinlæring finjusterer flashgrafen