扭轉(zhuǎn)堆疊三層石墨烯可加速電化學(xué)反應(yīng)

三層可能比雙層更適合制造，可提高電化學(xué)和電催化裝置的速度和容量。

扭轉(zhuǎn)堆疊的三層石墨烯具有與“魔角”雙層石墨烯類(lèi)似的高導(dǎo)電性，但制造起來(lái)更容易，電子傳輸速度也更快。這一發(fā)現(xiàn)可以改進(jìn)納米電化學(xué)裝置或電催化劑，以促進(jìn)能量?jī)?chǔ)存或轉(zhuǎn)換。

石墨烯——以六邊形晶格排列的單層碳原子——具有獨(dú)特的性質(zhì)，包括高表面積、優(yōu)異的電導(dǎo)性、機(jī)械強(qiáng)度和柔韌性，使這種二維材料成為提高能量存儲(chǔ)速度和容量的有力候選者。

將兩片石墨烯以 1.1° 的角度(稱(chēng)為“魔角”)扭轉(zhuǎn)，可形成“平帶”結(jié)構(gòu)，這意味著動(dòng)量值范圍內(nèi)的電子都具有大致相同的能量。因此，在平帶的能級(jí)上，態(tài)密度(或電子可占據(jù)的能級(jí))會(huì)出現(xiàn)巨大的峰值，從而增強(qiáng)電導(dǎo)率。

最近的研究通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，當(dāng)這些平帶與適當(dāng)?shù)难趸€原對(duì)配對(duì)時(shí)，可以利用它們來(lái)增加扭曲雙層石墨烯的電荷轉(zhuǎn)移反應(yīng)性。氧化還原對(duì)是一對(duì)化學(xué)物質(zhì)，通常用于儲(chǔ)能，在電池電極之間傳送電子。

根據(jù)密歇根大學(xué)研究人員最近研究的電化學(xué)活性模型，與雙層石墨烯相比，添加額外的石墨烯層來(lái)制造扭曲的三層石墨烯可以實(shí)現(xiàn)更快的電子傳輸。

“我們?cè)谂で娜龑邮┲邪l(fā)現(xiàn)了高度靈活和增強(qiáng)的電荷轉(zhuǎn)移反應(yīng)性，它不受特定的扭曲角度或氧化還原對(duì)的限制，”航空航天工程副教授、發(fā)表在《美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)雜志》上的研究的通訊作者 Venkat Viswanathan 說(shuō)。

堆疊三層石墨烯會(huì)引入額外的扭曲角度，從而產(chǎn)生“不相稱(chēng)”的圖案，即小角度扭曲時(shí)不重復(fù)的圖案，這與形成重復(fù)圖案的雙層石墨烯不同。本質(zhì)上，當(dāng)添加第三層時(shí)，六邊形晶格不會(huì)完美對(duì)齊。

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