Spiral selvsamling af lamellære miceller til hule nanosfærer med flere skal med unik chiral arkitektur

Felt-emission scanning elektronmikroskopi (FESEM) billeder viste, at de mesostrukturerede polydopamin nanosfærer var meget ensartede med en gennemsnitlig partikelstørrelse på 180 nm. Ved hjælp af transmissionselektronmikroskopi (TEM) afbildede holdet polydopamin nanosfærerne for at opretholde en flerskallet chiral hul struktur, som de bibeholdt uden kollaps og deformation efter højtemperaturkalcinering. Ved hjælp af forstørrede TEM-billeder viste holdet tydeligt væksten af ​​flerskallet arkitektur og bekræftede den 3D multi-skallede nanostruktur for at vise den typiske amorfe fase af kulstoframme med mange strukturelle defekter. Ved at bruge elementære kort, Peng et al. viste derefter den ensartede fordeling af kulstof-, nitrogen- og oxygenatomer i hver kulstofskal. Resultaterne indikerede en lamellær mesoporøs struktur af materialerne, mens røntgenspredningsmønstre med små vinkler viste en multi-skallet nanostruktur. De undersøgte også effekten af ​​opløsningsmiddel på dannelsen af ​​spiral MCN'er (multi-shelled carbon nanospheres) - mens tilstedeværelsen af ​​ethanol hjalp med at danne strukturerne, fik overskydende ethanol dem til at være labile. Ved at øge masseforholdet mellem bestanddelene varierede forskerne desuden strukturen af ​​produkter fra glatte faste nanosfærer til konstruktioner med tre skaller.

Morfologi og struktur af MCN'er (multi-shelled carbon nanospheres)

Prækursormængden og omrøringshastigheden påvirkede også morfologien og mesostrukturen af ​​MCN'er i reaktionssystemet. Ved at øge mængden af ​​dopamin har Peng et al. tunede strukturen af ​​de opnåede produkter fra tynde nano-diske til en blanding af enkelt hule og multi-skallede nanosfærer. Ved at øge dopaminen videreudviklede de rene fem-skallede nanosfærer med en fuldt udviklet chiral arkitektur. Resultaterne fremhævede også agitation som en drivkraft for selvsamling af multi-skallede nanostrukturer. Holdet regulerede morfologien og mesostrukturen af ​​produkterne ved at påvirke det hydrofobe og hydrofile forhold mellem de copolymerskabeloner, der blev brugt under deres udvikling.

Konstruktionernes og kaliumionbatteriernes elektrokemiske ydeevne

For at evaluere den elektrokemiske ydeevne, Peng et al. brugte først cyklisk voltammetri (CV) i spændingsomfanget på 0,01 til 3,0 V. Ved hjælp af TEM-billeder (transmission elektronmikroskopi) og nitrogenabsorptionsisotermanalyser viste holdet, hvordan den multiskallede mesoporøse struktur godt kunne vedligeholdes efter en langsigtet cyklus. Ved højere strømtætheder blev fordelene ved de spiralformede flerskallede konstruktioner mere fremtrædende. MCN'erne præsenterede en attraktiv priskapacitet og en imponerende cykelpræstation. For at opnå yderligere indsigt i den elektrokemiske opførsel af MCN-elektroden, Peng et al. udført kinetik og kvantitativ analyse baseret på cykliske voltammetritests ved varierende scanningshastigheder. Resultaterne afslørede den gradvise stigning i det kapacitive bidragsforhold med stigningen i scanningshastigheden for at demonstrere fordelene ved den flerskallede spiralstruktur.

På denne måde skabte Liang Peng og kolleger direkte flerskallede carbonstrukturer ved hjælp af blokcopolymer-selvsamling og regulerede rationelt micellestrukturen ved at introducere passende medieringsmidler for at balancere resultatet. De udviklede ensartede multi-skallede carbon nanosfærer med veldefineret porøsitet og unik arkitektur baseret på en lamellær micelle spiral selvsamlingstilgang. Fremgangsmåden indeholdt indførelsen af ​​forskydningsflow for at drive de lamelformede miceller kontinuerligt til selv at samle sig til stabile multi-skallede nanosfærer. Den micellære struktur kan indstilles systematisk ved at regulere forholdet mellem overfladeaktive stoffer for at skabe blomsterlignende og multi-skallede nanosfærer. De resulterende MCN'er leverede fremragende hastighedskapacitet, hidtil uset chiral arkitektur og langsigtet cyklisk stabilitet for kaliumionbatterier. Værket repræsenterer en multifunktionel platform til at syntetisere nye nanostrukturer til avancerede applikationer sammen med grundlæggende information om micelle-styret selvsamling og kemi. + Udforsk yderligere

Mesoporøs struktur forbedrer katalytisk ydeevne af enkeltatom-katalysatorer

© 2021 Science X Network