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化学家用木材制造激光诱导的石墨烯

发布时间:2019-01-28 15:13:43 来源:

莱斯大学的科学家们通过将木材表面转化为石墨烯,将木材制成电导体。

大米化学家詹姆斯·图尔和他的同事用激光将薄膜图案涂成了一块松树。该模式是激光诱导的石墨烯(LIG),是2014年在Rice发现的原子薄碳材料的一种形式。

“这是将古老的纳米材料与最新的纳米材料结合成一个单一的复合结构,”Tour说。

这项发现于本月在Advanced Materials中详细介绍。

LIG的先前迭​​代是通过用激光加热一片聚酰亚胺(廉价塑料)的表面而制成的。LIG不是平坦的六边形碳原子片,而是石墨烯片的泡沫,其一个边缘连接到下面的表面,化学活性边缘暴露在空气中。

Tour表示,不仅任何聚酰亚胺都会生产LIG,而且有些木材比其他木材更受欢迎。由赖斯研究生Ruquan Ye和Yieu Chyan领导的研究小组尝试了桦树和橡树,但发现松树的交联木质纤维素结构使得生产高质量石墨烯比木质素含量较低的木材更好。木质素是复杂的有机聚合物,在木材中形成坚硬的细胞壁。

Ye说,将木材转化为石墨烯为从非聚酰亚胺材料合成LIG开辟了新的途径。“对于某些应用,例如三维石墨烯印刷,聚酰亚胺可能不是理想的基板,”他说。“此外,木材丰富且可再生。”

与聚酰亚胺一样,该过程使用标准工业激光在室温和压力下以及在惰性氩气或氢气氛中进行。如果没有氧气,来自激光器的热量不会使松木燃烧,而是会将表面转变成与木材表面结合的石墨烯泡沫的皱纹状薄片。改变激光功率也改变了所得LIG的化学成分和热稳定性。功率为70%时,激光产生的质量最高,被称为“P-LIG”,其中P代表“松树”。

该实验室通过将P-LIG转变为电极以将水分解为氢气和氧气以及超级电容器用于储能,使其发现更进了一步。对于前者,他们在P-LIG上沉积钴和磷或镍和铁的层,以制造具有高表面积的一对电催化剂,证明它是耐用和有效的。

将聚苯胺沉积到P-LIG上,将其变成了一种具有可用性能指标的储能超级电容器,Tour说。

“还有更多的应用需要探索,”叶说。“例如,我们可以将P-LIG用于光合作用的太阳能整合。我们相信这一发现将激发科学家思考如何将我们周围的自然资源设计成功能更好的材料。”

Tour从可生物降解的电子产品中获得了更直接的环境效益。

“石墨烯是一种天然存在的矿物石墨薄片,所以我们会把它送回地面,它与木材平台一起,而不是充满电子零件的垃圾填埋场。”

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