三層可能比雙層更適合制造,可提高電化學和電催化裝置的速度和容量。
扭轉堆疊的三層石墨烯具有與“魔角”雙層石墨烯類似的高導電性,但制造起來更容易,電子傳輸速度也更快。這一發(fā)現可以改進納米電化學裝置或電催化劑,以促進能量儲存或轉換。
石墨烯——以六邊形晶格排列的單層碳原子——具有獨特的性質,包括高表面積、優(yōu)異的電導性、機械強度和柔韌性,使這種二維材料成為提高能量存儲速度和容量的有力候選者。
將兩片石墨烯以 1.1° 的角度(稱為“魔角”)扭轉,可形成“平帶”結構,這意味著動量值范圍內的電子都具有大致相同的能量。因此,在平帶的能級上,態(tài)密度(或電子可占據的能級)會出現巨大的峰值,從而增強電導率。
最近的研究通過實驗證實,當這些平帶與適當的氧化還原對配對時,可以利用它們來增加扭曲雙層石墨烯的電荷轉移反應性。氧化還原對是一對化學物質,通常用于儲能,在電池電極之間傳送電子。
根據密歇根大學研究人員最近研究的電化學活性模型,與雙層石墨烯相比,添加額外的石墨烯層來制造扭曲的三層石墨烯可以實現更快的電子傳輸。
“我們在扭曲的三層石墨烯中發(fā)現了高度靈活和增強的電荷轉移反應性,它不受特定的扭曲角度或氧化還原對的限制,”航空航天工程副教授、發(fā)表在《美國化學學會雜志》上的研究的通訊作者 Venkat Viswanathan 說。
堆疊三層石墨烯會引入額外的扭曲角度,從而產生“不相稱”的圖案,即小角度扭曲時不重復的圖案,這與形成重復圖案的雙層石墨烯不同。本質上,當添加第三層時,六邊形晶格不會完美對齊。
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