新型二维纳米材料在电化学领域的应用

很多人对新型二维纳米材料还很陌生,它是指在同一维度上尺寸在0.1~100nm,而在其他两个维度可以无限延伸的新型材料。新型二维纳米材料最具代表性的是石墨烯,石墨烯拥有独特的机构以及良好的电子特性,并且其在电化学领域的潜能是十分巨大的。本文主要阐述了新型二维纳米材料在电化学领域的应用及研究现状。     

三维结构化石墨烯及其复合材料

石墨烯是由单层碳原子组成的新型二维碳纳米材料,因具有诸多优良的理化性质而广受关注.三维结构化石墨烯是通过对二维片状石墨烯材料进行弯曲、组装获得的一类结构材料,可有效调控石墨烯的电学、光学、化学、机械和催化特性.基于三维石墨烯及其复合材料构建的器件在储能、传感、催化等方面表现出更为突出的性能.因而,制备和应用三维石墨烯材料已经成为当前的研究热点.文中介绍了三维石墨烯及其复合材料的结构类型,并简要评述了目前三维石墨烯材料应用中所面临的挑战和发展前景.     

基于石墨烯的多维度材料构筑及性能研究进展

 石墨烯是碳原子以六角形密堆积形成的二维原子晶体,具有独特的物理化学性质,在电子器件、能源环境和生物医学等领域有着广阔的应用前景。石墨烯的可控制备和组装是其实现实际应用的前提条件。近年来,相继开发出一系列石墨烯自组装与结构调控的技术方法,得到了多种结构特异、组成丰富和性能独特的石墨烯基多维度结构。本文从水溶性的氧化石墨烯出发,综述从零维到三维一系列不同维度和尺度石墨烯的自组装行为和材料构筑策略。对石墨烯的不同组装结构进行系统分类,提出其多维度组装体系的概念。石墨烯的多维度组装体系,在微纳米尺度上包括零维度的石墨烯基纳米颗粒和一维的石墨烯纳米线,在宏观尺度上包括二维石墨烯薄膜和三维的宏观体结构,最后对相关研究领域的发展趋势进行了总结和展望,结合计算化学的相关结果,预测了一系列未开发的石墨烯自组装结构。     

晶圆级二维单晶材料生长的研究进展

低维材料因其原子级的物理尺寸而拥有独特的物理化学性质. 以石墨烯为代表的二维材料具有优越的光学、电学、力学及热学性能,在电子、光电、能源、催化等领域具有巨大的应用潜力. 大尺寸、高质量的单晶材料是大规模高端器件的应用基础. 为此,研究者们致力于实现晶圆级二维单晶材料的制造研究. 利用化学气相沉积法(CVD)制备二维材料具有薄膜质量高、可控性强、均匀性好等优点,因此,CVD成为制备高质量二维单晶材料的首选. 文章从二维导电石墨烯、绝缘氮化硼和半导体过渡金属硫族化合物入手,总结了近年来利用CVD技术外延制造二维单晶薄膜的研究进展,讨论了大面积二维单晶材料的制备策略与生长机理,指出了目前存在的问题,对未来高质量二维单晶薄膜的制备方法进行了展望. 该综述为进一步推动二维单晶材料的规模化应用提供借鉴.     

氧化石墨烯/铅复合材料的合成

石墨烯是最薄的二维材料,具有极大的比表面积,可以作为纳米颗粒的基底.将氧化石墨烯和金属纳米颗粒进行复合,发挥二者的协同作用,是一种拓展和增强这2种材料性能的优选方法.本文将乙酸铅引入分散在水中的氧化石墨烯体系,获得了负载铅纳米复合材料,发现在该体系中氧化石墨烯的还原性也得到了发挥.      

突破最后瓶颈:质子辅助制备超平整石墨烯

石墨烯(即单原子层的石墨)由碳原子紧密堆积而形成二维蜂窝状结构,是构成其他碳材料的基本单元.2004年,英国曼彻斯特大学盖姆研究组利用胶带剥离块体石墨,首次解离出微米尺寸的石墨烯片层[1].石墨烯独特的晶体和能带结构,赋予其非凡的力、热、光和电学性能,具备非常高的研究价值,尤其是石墨烯中的载流子在输运过程中极少受到杂质...     

中科院大连化物所研发石墨烯基柔性化超级电容器

正中科院大连化物所研究员吴忠帅带领二维材料与能源器件研究团队,在柔性化、微型化石墨烯基超级电容器研究方面取得新进展,成功获得了二维噻吩纳米片与石墨烯叠层结构复合薄膜,并应用于高性能、柔性化、微型化超级电容器。相关成果近日发表于《先进材料》。研究团队将甲烷等离子体还原技术和光刻微加工技术相结合,制备出石墨烯基高功率平面微型超级电容器。该     

单双层石墨烯的制备及电导特性调控

石墨烯二维材料有着优异的物理、化学特性,在多个科学领域展现出广阔的应用前景.采用化学气相沉积方法在Cu-Ni合金表面制备了二维石墨烯薄膜并揭示其生长机制;研究生长时间、温度等对石墨烯覆盖度和晶格质量的影响.通过优化生长条件,成功制备了大面积单层及具有强烈层间耦合作用的AB堆叠双层石墨烯薄膜.进一步运用表面沉积技术在单层石墨烯上构建零维Au团簇和二维Au薄膜,研究其对石墨烯电导特性的影响;并结合第一性原理计算,揭示Au的形态及覆盖度影响石墨烯电导特性的规律.据此制作了石墨烯场效应晶体管器件,通过精确控制Au的覆盖度,实现石墨烯电导类型和载流子浓度的有效调控,拓展了其在微电子领域的应用.     

少层黑磷中的高迁移率各向异性电导和光线性二色性

<正>确定材料和器件的结构是未来电子功能器件发展的关键,而材料的发展决定了未来器件构筑的方向。目前行业普遍认为下一代电子功能器件的特征尺寸将先到达10纳米左右,进而发展到构建几纳米尺度的电子器件和能源转换、存储器件。二维材料是一种新兴的纵向尺寸只有单个或几个原子厚度的纳米薄片状材料。自2004年二维石墨烯从石墨中成功剥离以来,原子厚度的材料不     

碳基二维晶体材料的研究进展

石墨烯是由sp2杂化的碳原子紧密排列而形成的蜂窝状二维层状晶体,具有众多奇异的电子、热、机械及光学等特性和广泛的应用前景.近年来,受到石墨烯研究的启示,新型二维层状晶体如六方氮化硼、过渡金属硫族化合物以及硅烯等受到越来越多的关注,正成为国际学术界的研究热点.本文简明地评述了碳基二维晶体材料研究的历史及现状,特别是石墨烯和硼、氮杂化石墨烯的研究进展,最后对碳基二维新材料的研究发展趋势进行了展望.     

二维功能材料的生物学效应

继石墨烯被发现以来,因其稳定的二维结构和独特的物理化学性质,在材料、能源、环境、生物等领域展现出广泛应用前景,也已成为纳米生物医学的研究热点,被用于生物传感、细胞成像、药物运输、组织工程等领域.随后,具有类似结构的相关二维功能材料的研究也层出不穷、备受关注.本文综述了以石墨烯为代表的二维功能材料的生物学效应,并作出展望.     

一维到二维石墨烯声子热传导的分子动力学模拟

利用非平衡态分子动力学方法研究石墨烯纳米带的热导率与维数变化之间的过渡关系.改变石墨烯纳米带的宽度,令其从准一维过渡到二维,其热导率和长度L之间的关系也由κ∝Lβ过渡到κ∝ln L.增加石墨烯的层数,令其从二维过渡到三维,发现由单层变化到两层时,其热导率明显降低,再增加层数时热导率没有明显变化;相同尺寸不同类型的石墨烯纳米带,锯齿型石墨烯纳米带的热导率明显高于扶手椅型石墨烯纳米带的热导率.     

二维非金属材料光催化降解印染废水的研究进展

自2004年发现二维石墨烯以来,二维非金属材料因其丰富多样的性质受到广泛关注.该类材料具有极高的比表面积,可以作为光催化剂和电催化剂,为开发高效的可见光驱动的光催化材料提供了可能.该文综述了4种新型二维非金属材料:二维石墨烯、二维石墨相氮化碳、二维黑磷和二维氮化硼在光催化降解印染废水中的研究进展,并展望了未来的研究方向.     

锯齿型三角石墨烯电子结构的量子尺寸效应

使用紧束缚方法研究了锯齿型正三角石墨烯结构的量子尺寸效应.结果显示:该结构存在重简并的零能态,能隙(零能态与第一激发态之间的差值)随着边界尺寸的变大而减小.当边界尺寸较小时,能级是离散化的,能够取得的能带结构是分散的;当边界达到一定尺寸以后,能带布满整个空间,态密度与二维石墨烯整体类似.     

石墨烯及二维六方氮化硼在LED散热中的应用

随着发光二极管的广泛应用,其散热问题日趋受到重视.针对发光二极管热导率影响其量子效率和产品寿命的问题,以具有高导热性能的石墨烯和二维六方氮化硼材料作为研究对象,综述了石墨烯和二维六方氮化硼在发光二极管电子器件散热领域中的一些重要的基础研究成果,并展望其在未来的应用前景.     

钠原子在二维碳材料上的吸附、 迁移和存储

基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究碱金属钠原子在二维碳材料M-石墨烯上的吸附、 迁移和存储. 计算结果表明, 钠原子在M-石墨烯上吸附的最佳位点为M-石墨烯的7环中心, M-石墨烯具有迁移势垒低、 存储容量大、 平均开路电压值低的特性. 因此, M-石墨烯可作为钠电池的负极材料.     

石墨烯物理性质的研究进展

从2004年曼彻斯特大学的安德烈．K．海姆（Andre K-Geim）首次制造出石墨烯以来,它的独特性质就吸引了众多领域的科学家的注意。理想的石墨烯就像一张由碳原子组成的正六边形的网,被公认为是人类已知的最薄的材料,它打破了自由态的二维晶体结构热力学稳定性差、不能在普通环境中存在的说法,并且充实了碳材料家族,形成了从零维的富勒烯、一维的碳纳米管、二维的石墨烯到三维的金刚石和石墨的完整体系。     

国际资讯

美国找到量产石墨烯简单方法美国北伊利诺伊大学的科学家在6月出版的《材料化学》杂志上发表论文称,他们发现了一种可大规模生产石墨烯的简单方法:通过在干冰中燃烧纯金属镁的方式就能够直接将二氧化碳转化成多层石墨烯(厚度小于10个原子)。石墨烯是一种二维碳材料,是已知材料中最薄的一种,具     

磁性氧化石墨烯的制备及对铜离子吸附性能的研究

以Hummers法制备二维氧化石墨烯,并通过原位合成Fe_3O_4赋予氧化石墨烯以磁性,得到具有良好铜离子吸附效率和高磁性的磁性氧化石墨烯材料.以NH_3·H_2O-NH_4Cl缓冲溶液替代碱液,克服了传统制备方法中由于体系pH值持续降低导致产品性能下降的缺陷.透射电镜测试结果表明,该材料具有良好的二维片层结构.磁学及吸附测试结果表明,该材料具有强磁性和优异的Cu~(2+)吸附性能.吸附动力学表明符合准二级吸附动力学模型,属于基于化学吸附机理控制速率的吸附方式.     

功能化石墨烯在生物医学研究中的应用

石墨烯以其独特的二维结构和优良的电学、光学、热学和机械性能,自2004年来倍受研究人员的高度关注,迅速成为材料、化学、物理和医学领域的热点研究课题.在简要介绍石墨烯基本情况的基础上,重点阐述了石墨烯在生物传感器、靶向给药中的应用.