科學(xué)研究

當前位置: 澳門(mén)太陽(yáng)集團網(wǎng)站入口 -> 科學(xué)研究 -> 正文

Nature子刊《Nature Communications》刊發(fā)我院程群峰教授課題組研究成果

發(fā)布日期:2020-04-30    作者:劉乃鵬     來(lái)源:北航新聞網(wǎng)    點(diǎn)擊:

 

2020429日,Nature Communications雜志以在線(xiàn)全文Article的形式發(fā)表了我院程群峰教授課題組在超韌材料的最新研究成果“Super-tough MXene-functionalized graphene sheets”。周天柱博士、吳超教授、王艷磊副研究員為第一作者,程群峰教授為通訊作者,澳門(mén)太陽(yáng)集團網(wǎng)站入口為第一完成單位。

 

 

 

 

 

 

MXene是一種新興的二維過(guò)渡金屬碳化物,具有高電導率、高表面積、優(yōu)異的電化學(xué)儲能性能,自2011年首次報道以來(lái),受到廣泛關(guān)注。然而由于MXene薄膜較低的力學(xué)性能,限制了其在柔性?xún)δ茴I(lǐng)域中的應用。傳統的共混方法,由于弱界面作用和分散性差等因素導致MXene薄膜力學(xué)性能較低。聚合物雖然可與MXene復合提高其力學(xué)性能,但電導率很難進(jìn)一步提高。因此,如何制備兼具高力學(xué)性能和高電導率的MXene柔性薄膜成為該領(lǐng)域的巨大挑戰。 

為了解決這一難題,我校澳門(mén)太陽(yáng)集團網(wǎng)站入口程群峰教授課題組提出了界面復合協(xié)同策略。該研究發(fā)現了MXene納米片與氧化石墨烯發(fā)生Ti-O-C共價(jià)鍵交聯(lián)的現象,并揭示了共價(jià)鍵交聯(lián)的機理。同時(shí)與π堆積作用結合,實(shí)現了共價(jià)鍵和π堆積作用的協(xié)同效應。通過(guò)小角散射和廣角散射研究發(fā)現這種Ti-O-C共價(jià)鍵和π堆積作用的界面協(xié)同,不僅降低了MXene復合薄膜的孔隙率,而且還提高了石墨烯的規整度,獲得了高密實(shí)度的MXene功能化石墨烯復合薄膜(MrGO-AD),韌性高達~42.7 MJ m-3,而電導率達~1329.0 S cm-1。以這種超韌導電MXene功能化石墨烯復合薄膜材料為電極組裝的柔性超級電容器表現出優(yōu)異的性能。  

研究發(fā)現MXene功能化石墨烯薄膜具有超高韌性、拉伸強度和電導率。課題組采取原位拉曼光譜和分子動(dòng)力學(xué)模擬揭示了MXene功能化石墨烯薄膜材料優(yōu)異韌性的機制,歸因于MXene與石墨烯之間的Ti-O-C共價(jià)鍵、MXene層間滑移作用以及π堆積作用間的協(xié)同效應。以這種超韌導電的復合薄膜為電極,組裝的柔性超級電容器表現出高的體積能量密度~13.0 mWh cm-3,在0º到180º下進(jìn)行17000次彎曲循環(huán)后,容量保持率仍為~98%。除此之外,串聯(lián)后的柔性超級電容器在平鋪、彎曲和扭曲狀態(tài)下均能使LED燈正常工作。因此,我們提出的MXene功能化氧化石墨烯策略,為制備兼具力學(xué)和電學(xué)性能的二維復合薄膜材料提供了新的研究思路和方向。

 

MXene與氧化石墨烯形成Ti-O-C共價(jià)鍵的示意圖(a),石墨烯薄膜材料的廣角激光散射圖:(b)rGO和(c)MrGO-AD,表明石墨烯納米片的規整取向度提高。以MXene功能化石墨烯復合薄膜材料為電極組裝的柔性超級電容器顯示出優(yōu)異的機械穩定性:(d)不同彎曲率的容量保持率,(e)在0º到180º下進(jìn)行17000次彎曲循環(huán)的容量保持率。

 

 

該工作得到中科院院士江雷教授指導,美國勞倫斯國家實(shí)驗室資深科學(xué)家Antoni P. Tomsia教授、中國科學(xué)院化學(xué)研究所李明珠研究員、英國帝國理工大學(xué)Eduardo Saiz教授、美國德州大學(xué)達拉斯分校房少立教授和美國工程院院士Ray H. Baughman教授的通力合作,得到國家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年基金(51522301)、面上項目(21875010)和牛頓高級學(xué)者基金(519611303088),北京市杰出青年基金(JQ19006),以及北航青年拔尖人才計劃、青年科學(xué)家團隊、生物醫學(xué)工程高精尖中心、111引智計劃(B14009)等項目的資助。

 

論文原文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41467-020-15991-6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

18Gay男同69亚洲 铜陵市| 永顺县| 西乌珠穆沁旗| 贵定县| 鸡东县| 双桥区| 通河县| 开化县| 通辽市| 喀什市| 呼图壁县| 大埔区| 紫金县| 延津县| 长阳| 彩票| 鞍山市| 彭水| 山东| 牟定县| 习水县| 桑植县| 洛浦县| 措勤县| 凉城县| 剑川县| 海丰县| 内黄县| 石泉县| 清河县| 武汉市| 邻水| 大新县| 福海县| 深水埗区| 酉阳| 漳浦县| 浮山县| 都江堰市| 韩城市| 胶州市| http://444 http://444 http://444 http://444 http://444 http://444