ACS Applied Materials & Interfaces: 石墨烯量子點組裝電極中的電子轉移動力學

2021-01-14 碳點之光

碳基半導體電極作為儲能材料和光電轉換器件被廣泛研究。最近，碳基導電材料的「軟」性質以及它們的化學可調性，被用於生物混合材料，以偽裝人工生物電子設備進入生物組織。然而，由於對有機半導體和電解質之間的電荷轉移動力學的研究有限，這些新材料的應用卻受到極大的限制。

基於此，美國伊利諾斯州芝加哥大學和Argonne國家實驗室Ksenija D. Glusac教授團隊報告了一個碳基電極材料的電化學性能評價方案。該方法利用簡單的循環伏安法（CV）測量，並提供給定電極的態密度（DOS）剖面、電阻率和界面電子傳遞速率常數。作者將這種方案應用於由石墨烯薄片組裝構建六苯並蒄（HBC）和碳量子點（CQD）而成的新型納米電極。這種自下而上的碳電極的獨特之處在於其化學精度和將分子催化位點納入其框架的能力。研究結果表明，HBC和CQD電極在研究的電位窗口中表現出高密度的狀態，這有利於界面電荷快速地轉移到二茂鐵/二茂鐵(Fc/Fc+)偶聯。隧穿速率常數似乎與HBC和CQD電極的電導率相關，這為研究具有更高電荷轉移率的新材料提供了一種可能的方法。該文章以「Electron Transfer Kinetics at Graphene Quantum Dot Assembly Electrodes」為題目，發表在ACS Applied Materials & Interfaces。

圖一：HPB和pre-CQD的電化學循環脫氫形成HBC和CQD。

圖二：在Pt工作電極上電沉積HBC和CQD的CV實驗。

圖四：在0.1 M TBAPF6中HBC和CQD薄膜的CV實驗測試。本文提出了一個簡單的方法，這使得從實驗循環伏安測量中可以推導出電極電導率和界面電荷轉移速率常數。將該方法應用於一類新型碳基電極，證明了有效的界面電荷轉移過程。


 

文章連結：Zoric M. R., Singh V., Warren S., et al. Electron Transfer Kinetics at Graphene Quantum Dot Assembly Electrodes. ACS Applied Materials & Interfaces, 2019, 11(49), 46303-46310.


https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.9b14161

衷心感謝Ksenija D. Glusac教授團隊的支持！

 

碳點之光微信公眾號歡迎投稿，投稿郵箱！

 

tandianzhiguang@163.com

tandianzhiguang@gmail.com

 

點擊「閱讀原文」直達上述文章


相關焦點

  • ACS Applied Materials & Interfaces:石墨烯量子點增強電紡碳納米纖維用於超高倍率超級電容器
    其中，在靜電紡絲過程中引入高結晶納米碳化物（如碳納米管、石墨烯納米帶、石墨烯納米薄片等）是一種有效的方法。然而，相容性較差的大尺寸納米碳很難在高濃度下均勻地嵌入ECNFs中，從而導致較差的效果。基於此，新疆大學的Su Zhang、Dianzeng Jia和中國石油大學的Zhuangjun Fan課題組利用具有高表面積的石墨烯量子點（
  • ACS Applied Materials & Interfaces:磷摻雜物種在石墨烯中的結構演變及其穩定電化學界面研究
    其中一方面(a)(b)(c)主要通過生成類環氧中間態[−C−O+−P−]≠來逐步修復碳晶格中的空位缺陷，進而形成C3-P=O；另一方面(d)通過環氧基中的氧原子（-O-）轉移吸附到C3-P上形成C3-P=O。
  • ACS Applied Materials & Interfaces: 單相二維材料中的各向異性熱傳輸:合成粘土與氧化石墨烯
    （研究者：德國拜羅伊特大學Alexandra Philipp等）現代電子產品需要用散熱性能良好的材料進行製備，具有高導熱率的材料可以有效地實現熱量轉移。具有各向異性熱導率的二維（Two-dimensional, 2D）材料（如石墨/石墨烯等）符合這一要求。然而，石墨和石墨烯均具有導電性，不適用於大多數電子產品。因此，尋找良好的絕緣散熱材料至關重要。 氧化石墨烯（Graphene oxide, GO）常作為具有各向異性熱導率的絕緣複合材料，其面內導熱率低於石墨/石墨烯。
  • ACS Applied Materials & Interfaces:石墨烯---還能治蛀牙
    科學家們發現一種石墨烯氧化物材料可有效地消除這些細菌，這些細菌中的其中一些已經產生了抗生素耐藥性。這一發現發表在《ACS Applied Materials & Interfaces》。Zisheng Tang和他的同事們通過研究發現，牙醫經常給病人開一些傳統抗生素以去除引起蛀牙和牙齦疾病的細菌。
  • 中南《ACS nano》：石墨烯助力增強快速儲鈉性能
    導讀：本文通過構建GeS與石墨烯之間的異質結結構，大大提高了材料的儲鈉性能。基於能帶理論，對不同界面結構與倍率性能之間的關係進行了深入分析，加深了人們對活性材料與炭材料之間的異質結結構的認識，為後續的電極材料的研究設計提供了理論指導。
  • 石墨烯負載二氧化錫量子點作為優異循環和倍率性能的負極材料
    同時結構劣化導致固體電解質膜（Solid Electrolyte Interphase, SEI）破裂，導致電極材料重新暴露在電解液中，從而反覆形成SEI膜，消耗活性鋰離子，從而使得容量衰減。針對這一問題，武漢理工大學麥立強教授課題組通過巧妙設計Sn2+與石墨烯表面官能團的氧化還原反應，通過異相成核生長方式，構築了石墨烯負載二氧化錫量子點結構。通過這種氧化還原反應構築的結構可以有效地提高石墨烯與SnO2量子點之間機械和電子接觸。同時，SnO2量子點在石墨烯上生長活性位點集中在官能團上，從而均勻地分布在石墨烯基底上面。
  • 分子在Cu(111)表面上可自組裝實現高濃度高有序氮摻雜石墨烯
    近日，中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家實驗室國際功能材料量子設計中心崔萍博士與李震宇教授、曾長淦教授等校內外同行合作，在氮摻雜石墨烯生長的原子尺度機理研究方面取得重要進展，通過理論計算預言了利用芳香性分子C5NCl5在Cu(111)表面上可自組裝實現高濃度、高有序的氮摻雜石墨烯。
  • ACS Appl. Mater. Interfaces綜述:紙基氣體、溼度、應變傳感器研究進展
    紙張作為一種柔性、低成本、輕薄、可裁剪、環境友好的材料，在柔性電子器件（如超級電容器、摩擦納米發電機、電晶體和各類傳感器）領域具有廣泛應用前景。值得一提的是，近年來用於監測人體和環境中氣體、溼度和應變的紙基傳感器受到了特別關注，並取得了諸多研究進展。
  • 新刊介紹:ACS Applied Bio Materials
    本文節選自Editorial: Introducing ACS Applied Bio Materials英文原文可通過複製下方的連結，在瀏覽器中打開獲取：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsabm.8b00277 ACS Applied Bio Materials是美國化學會期刊ACS Applied Materials & Interfaces家庭繼ACS Applied Energy Materials和ACS Applied Nano Materials
  • ACS Applied materials &interfaces 合成新型 PDA介導的磁性雙金屬納米酶並應用於ICA
    在這項研究中，作者提出了一種將Fe3O4、PDA和Pd/Pt集成為Fe3O4@PDA@Pd/Pt並將其作為ICA探針的新方法。應用該方法在人血清中檢測人絨毛膜促性腺激素低至0.0094 mIU/mL，在牛奶樣品中檢測大腸桿菌O157:H7低至84 CFU/mL。該方法可適用於其他領域中對其他生物分子進行精確和超靈敏的檢測。
  • ACS Applied Materials & Interfaces: 基於蛭石合成多孔矽/碳複合納米片作為鋰離子電池陽極
    （研究者：同濟大學物理科學與工程學院特種人工微結構材料與技術上海重點實驗室HUANG Xi等） 矽納米片因其高比容量、結構穩定性和與鋰合金化/脫合金化的快速動力學而成為鋰離子電池中的重要陽極材料此外，副產品Mg2Si在該過程中形成。雖通過磁熱反應製備的多孔矽/碳納米片（pSi/C）可解決上述問題，但是模板的微結構不能被保留（可能由於二氧化矽溶解和隨後矽在該過程中的生長造成）。 塗覆碳層可避免二氧化矽的溶解和矽擴散以保留模板的微結構。而蛭石是一種天然層狀矽酸鹽礦物，很容易熱剝離，因此它可望作為矽納米片的最佳模板。
  • 新刊速遞 | ACS Applied Polymer Materials 現開放投稿
    international forum for the intersection of polymer science with application, highlighting the unique role polymers can provide.In response to the growing community of interdisciplinary researchers in materials
  • ACS AMI:電噴石墨烯層構築高壓鋰電池的超穩定電極界面
    隨著移動電子設備，電動交通工具和電網儲能等領域的發展，鋰電池需要達到更高的性能要求指標，例如更大的容量、更快的倍率、更高的安全性以及更長的使用壽命等。集流體是鋰電池四個基本結構之一，而鋁箔目前是使用最廣泛的集流體材料，其穩定、廉價且資源豐富的優點備受人們青睞。然而，鋁箔在鋰電池中長期運行容易發生腐蝕，導致電極材料的剝離，比容量衰減，倍率性能下降，甚至發生短路與崩壞。
  • 缺陷,讓石墨烯變得更美好!
    （圖片來源：曼徹斯特大學）通過化學手段修改的石墨烯，可以廉價且有效地模仿燃料電池和金屬空氣電池中的鉑或銥催化劑。石墨烯的電化學特性強烈依賴其化學結構和電子特性，化學結構與電子特性對於氧化還原過程的動力學有著顯著的影響。
  • 分子激發態超快動力學過程及其在等離基元電子轉移、光催化、染料...
    講座內容：分子激發態超快動力學過程及其在等離基元電子轉移、光催化、染料敏化太陽能電池等前沿領域的應用 報告人：Prof.He got his PhD degree in applied physics from Osaka University under the supervision of Professor Hiroshi Masuhara in 1999.
  • 量子點的直接可視化揭示了被捕獲電子的量子波函數的形狀
    在雙層石墨烯量子點中捕獲和控制電子為量子信息技術提供了一個很有前途的平臺。加州大學聖克魯茲分校的研究人員目前首次實現了雙層石墨烯中量子點的直接可視化，揭示了被捕獲電子的量子波函數的形狀。雙層石墨烯(兩層石墨烯，是碳原子在蜂窩晶格中的二維排列)是一種很有吸引力的材料，因為它易於生產和使用，而且雙層石墨烯中的量子點具有令人滿意的特性。
  • 通過石墨烯有機雜化光子阻壘製備冷阱介導的寬動態光探測器件
    提高有機光子器件性能的最常用方法之一是通過化學修飾來控制電異質電荷轉移界面。儘管進行了大量的研究工作，但是由於有機化合物的化學多功能性導致材料進化的速度很快，僅允許有限空間對特定材料的界面進行微調。這種局限性導致了完全依賴於每種材料的固有特性的不受控制的電荷複合行為；因此，普通的器件結構的潛力不能被充分利用。
  • 【石墨烯】帝國理工EES:SEI形成機理最新發現!僅調節電解液遠遠不夠
    基於以上考慮，在這項工作中，研究者探討了負極還原能力對化學性質相同的單層、雙層和多層石墨烯表面SEI膜形成的影響，證明了負極的電子結構，特別是它的還原能力，在形貌、力學性能和成分方面對SEI的形成有很大的影響。　　圖文導讀　　用製備的石墨烯樣品和金屬鋰作為兩個電極組裝了鋰離子半電池，在這裡將石墨烯電極稱為負極。
  • ACS納米：雷射直寫法製備石墨烯芳綸異質織物，用於智能防護服
    人們非常希望將現代可穿戴電子產品集成到傳統的防護服中，使其具有多功能的智能功能。然而，在保持紡織品固有的彈性和透氣性的同時，通過實用的方法將電子產品集成到服裝中仍然是具有挑戰性的。清華大學化學系有機光電與分子工程教育部重點實驗室張瑩瑩教授團隊通過優化實驗條件（雷射功率為6.5W，寫入速度為50 mm·s−1)，可以在空氣中製備正面為多孔石墨烯（LIG），背面為Kevlar纖維的Janus石墨烯/Kevlar織物。Kevlar中的C=O和N-C鍵在雷射誘導的光熱效應下斷裂，剩餘的碳原子重新組裝成石墨烯。
  • 中科院觀測到摻雜量子點中的「聲子瓶頸」動力學現象
    據中科院網站10月11日消息，近日，中國科學院大連化學物理研究所光電材料動力學特區研究組研究員吳凱豐團隊在半導體量子點熱電子馳豫動力學研究方面取得新進展，首次觀測到了銅摻雜量子點中熱電子馳豫的「聲子瓶頸」效應。