Innowacja z wykorzystaniem modelowych nanoelektrod odkrywa granice nanoskali

Naukowcy z Tohoku University i Tsinghua University zaprezentowali model elektrody membranowej nowej generacji, który może zrewolucjonizować podstawowe badania elektrochemiczne. Ta innowacyjna elektroda, wyprodukowana w precyzyjnym procesie, wyświetla uporządkowany układ gigantycznych pustych w środku nanorurek węglowych (gCNT) w nanoporowatej membranie, otwierając nowe możliwości magazynowania energii i badań elektrochemicznych.

Główny przełom tkwi w konstrukcji tego nowego słupa. Naukowcy opracowali jednolitą technikę powlekania węglem anodowego tlenku glinu (AAO) utworzonego na aluminiowym podłożu, z usuniętą warstwą barierową. Powstała konformacyjna warstwa pokryta węglem przedstawia pionowo wyrównane gCNT z nanoporami o średnicy od 10 do 200 nm i długości od 2 μm do 90 μm, zamykając małe cząstki elektrolitu dla dużych substancji biosyntetycznych, takich jak enzymy i egzosomy. W przeciwieństwie do konwencjonalnych elektrod kompozytowych model wolnostojącej elektrody eliminuje kontakt między cząstkami, zapewniając minimalną rezystancję styku — co jest niezbędne do wyjaśnienia odpowiednich zachowań elektrochemicznych.

„Potencjał tej modelowej elektrody jest ogromny” – stwierdził dr Zheng-Ze Pan, jeden z autorów badań. „Korzystając z modelu elektrody membranowej z szerokim zakresem wymiarów nanootworów, możemy uzyskać głęboki wgląd w złożone procesy elektrochemiczne zachodzące w porowatych elektrodach węglowych, wraz z ich nieodłącznymi korelacjami z wymiarami nanootworów”.

Co więcej, gCNT składają się z ułożonych w stos arkuszy niskokrystalicznego grafenu, zapewniających niezrównany dostęp do przewodnictwa elektrycznego w ścianach niskokrystalicznego węgla. Dzięki pomiarom eksperymentalnym i zastosowaniu wewnętrznego systemu adsorpcji z zaprogramowaną temperaturą badacze skonstruowali model strukturalny niskokrystalicznych ścian węglowych w skali atomowej, umożliwiając szczegółowe symulacje teoretyczne. Dr Alex Aziz, który przeprowadził część symulacyjną tych badań, zauważa: „Nasze zaawansowane symulacje zapewniają unikalną soczewkę do szacowania przejść elektronowych w węglu amorficznym, rzucając światło na złożone mechanizmy rządzące ich zachowaniem elektrycznym”.

Projektem tym kierował prof. dr Hirotomo Nishihara, główny badacz w grupie Devices/Systems w Advanced Institute for Materials Research (WPI-AIMR). Wyniki są szczegółowo omówione w jednym z czołowych czasopism w dziedzinie materiałoznawstwa,” Zaawansowane materiały funkcjonalne.

Ostatecznie badanie stanowi ważny krok naprzód w naszym zrozumieniu porowatych, amorficznych materiałów węglowych i ich zastosowań w badaniu różnych układów elektrochemicznych.

Szczegóły postu:

Tytuł: Elektrody nanofilmowe z ułożonym układem gigantycznych pustych w środku nanorurek węglowych

Hongyu Liu, Zheng-Ze Pan*, Alex Aziz, Rui Tang, Wei Lv i Hirotomo Nishihara

Czasopismo: Zaawansowane materiały funkcjonalne

DOI: 10.1002/adfm.202303730