石墨烯模板能够创建用于改进的电池电极和催化剂的金属氧化物结构

x26nbsp;x26nbsp;x26nbsp;x26nbsp;布朗大学的研究人员已经开发出一种使用皱缩的石墨烯片作为模板生产具有复杂褶皱和皱纹图案的超薄金属氧化物...



   布朗大学的研究人员已经开发出一种使用皱缩的石墨烯片作为模板生产具有复杂褶皱和皱纹图案的超薄金属氧化物膜的方法。这些纹理化的金属氧化物膜有利于提高电池和光催化效率。

   为了在石墨烯中引入皱纹和褶皱结构，该团队在多个取向上多次压缩片材，这一过程并不适用于金属氧化物，因为他们太硬并且过分压缩则破裂。然而，团队开发了一种使用褶皱的石墨烯片作为制作褶皱金属氧化物膜的模板并将那些表面特征从石墨烯转移到金属氧化物上的方法。该团队通过采用以前开发的方法制造了纹理化石墨烯片堆叠，然后将石墨烯放置在聚合物基底上，当施加热时其会收缩。顶部的石墨烯随着基材收缩而压缩，这导致产生褶皱或皱纹结构。然后研究人员移除基板，获得自由直立的皱折石墨烯片。这种压缩过程可以进行多次，从而形成更复杂的结构，这也可以被控制——当收缩膜在相对侧聚集并允许只在一个方向收缩，则可以形成周期性褶皱。

   将织构化的石墨烯片沉积在含有带正电荷的金属离子的水基溶液中，以将结构转移到金属氧化物上。这些离子会被带负电荷的石墨烯拉入片材之间的空间。颗粒结合在层之间的空间中，会产生包含石墨烯皱纹结构的金属片。然后使用氧化来除去石墨烯，留下褶皱的金属氧化物片。该方法可以用于广泛的金属氧化物（包括铝，铜，锌和锰氧化物）。

   在产生织构化的金属氧化物之后，研究人员测试了它们，以观察材料的性能是否通过织构化表面增强。试验表明，当用作电池电极时，褶皱氧化锰的电荷承载能力是平面片材的四倍。该研究小组认为这可能是因为皱纹脊作为电子可以遵循的限定路径，允许材料一次携带更多的电子。

   研究人员还测试了褶皱氧化锌用于光催化反应——减小了染料在紫外光下溶解于水中的能力。结果表明，当与平面膜相比时，褶皱氧化锌膜具有四倍的反应性。该团队解释说，这是由于褶皱薄膜具有较高的表面积，为材料提供了更多的反应位点。

   相关研究成果发表在ACSNano（DOI:10.1021/acsnano.6b05179）上。

来源：http://www.azonano.com/news.aspx?newsID=35192



图注：褶皱家族。使用石墨烯薄片作为微小的模板，研究人员已经开发了一种制造具有复杂表面纹理的金属氧化物薄膜的方法。

    关注 石墨烯网