【儀表網(wǎng) 上游行情】近期，中科院合肥物質(zhì)院固體所王振洋研究員團隊在高結(jié)晶石墨烯宏觀體的共價生長及其電學(xué)行為調(diào)制方面取得系列進展，相關(guān)研究成果發(fā)表在 Advanced Functional Materials和 Chemical Engineering Journal上。
 

　　石墨烯是一種具有優(yōu)異力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)和光學(xué)性能的二維碳材料。石墨烯的高效制備及宏觀組裝對其規(guī)模應(yīng)用具有重要意義。目前，石墨烯宏觀體的常規(guī)制備方法如液相自組裝、3D打印和催化模板法等僅能實現(xiàn)石墨烯片層間的非共價弱相互作用連接，導(dǎo)致石墨烯晶體結(jié)構(gòu)的不連續(xù)，成為限制石墨烯宏觀體電學(xué)性質(zhì)的主要因素。
 

　　鑒于此，研究人員開發(fā)了一種激光輔助的layer-by-layer共價生長方法來制備高結(jié)晶石墨烯宏觀體，分子動力學(xué)模擬從理論上揭示了其共價生長機制。共價生長法使得材料具有連續(xù)的晶體結(jié)構(gòu)，與非共價組裝相比，其跨層電導(dǎo)率實現(xiàn)了100倍的提高。該材料有助于解決石墨烯規(guī)模化應(yīng)用面臨的層狀堆垛、晶體質(zhì)量調(diào)控、離子輸運通道、體積效應(yīng)等問題，為石墨烯的儲能電極應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。相關(guān)研究成果發(fā)表在Advanced Functional Materials (Adv. Funct. Mater., 2023, DOI: 10.1002/adfm.202305191)上。
 

　　此外，為了解決石墨烯電極中低自由電子濃度導(dǎo)致的電導(dǎo)率不夠理想的問題，研究人員將富含自由電子的銅納米粒子引入到材料體系中，在 Cu與石墨烯界面形成了穩(wěn)定的 Cu-C鍵，從而通過電子注入實現(xiàn)了復(fù)合材料超高的導(dǎo)電性能，電導(dǎo)率達到與純金屬接近的 0.37×107 S m-1， 是純石墨烯的 3000倍。進一步利用 X射線吸收精細結(jié)構(gòu)( XAFS)光譜，結(jié)合密度函數(shù)理論( DFT)模擬揭示了界面結(jié)構(gòu)對電導(dǎo)率的影響，該結(jié)果對于石墨烯的電導(dǎo)率調(diào)制以滿足不同應(yīng)用具有重要意義。相關(guān)研究成果發(fā)表在 Chemical Engineering Journal (Chem. Eng. J., 462, 142319(2023))上。
 

　　上述工作得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、安徽省科技重大專項、安徽省重點研發(fā)計劃等項目的支持。
 

圖1. 高結(jié)晶石墨烯宏觀體的layer-by-layer共價生長及其表征。
 

　　圖2.(a)不同銅含量的石墨烯電導(dǎo)率；(b)不同銅含量的石墨烯載流子遷移率和載流子密度。