近來(lái)，國(guó)內(nèi)外的研究人員共同展示了下一代模型膜電極，這有望徹底改變基礎(chǔ)電化學(xué)研究。這種通過(guò)精細(xì)工藝制造的創(chuàng)新電極在納米多孔膜內(nèi)展示了有序排列的空心巨型碳納米管 (gCNT)，為儲(chǔ)能和電化學(xué)研究開(kāi)辟了新的可能性。

研究人員開(kāi)發(fā)了一種突破性的模型膜電極，其特點(diǎn)是在納米多孔膜內(nèi)排列有序的空心巨型碳納米管(gCNT)陣列。這種新型電極是通過(guò)在陽(yáng)極氧化鋁(AAO)上開(kāi)發(fā)一種均勻的碳涂層技術(shù)而構(gòu)建的，從而產(chǎn)生具有不同尺寸納米孔的垂直排列的gCNT。該模型旨在最大限度地減少接觸電阻并增強(qiáng)對(duì)電化學(xué)行為的理解。

關(guān)鍵的突破在于這種新型電極的構(gòu)建。研究人員在鋁基板上形成的陽(yáng)極氧化鋁 (AAO) 上開(kāi)發(fā)了一種均勻的碳涂層技術(shù)，消除了阻擋層。由此產(chǎn)生的共形碳涂層顯示垂直排列的gCNT，納米孔的直徑范圍為10至200nm，長(zhǎng)度為2μm至90μm，覆蓋小的電解質(zhì)分子到生物相關(guān)的大物質(zhì)，如酶和外泌體。與傳統(tǒng)的復(fù)合電極不同，這種獨(dú)立的模型電極消除了顆粒間的接觸，確保接觸電阻最小——這對(duì)于解釋相應(yīng)的電化學(xué)行為至關(guān)重要。

“這種模型電極的潛力是巨大的，”該研究的通訊作者說(shuō)?！巴ㄟ^(guò)使用具有廣泛納米孔尺寸范圍的模型膜電極，我們可以深入了解多孔碳電極內(nèi)發(fā)生的復(fù)雜電化學(xué)過(guò)程，以及它們與納米孔尺寸的內(nèi)在相關(guān)性?！?/span>

此外，gCNT由低結(jié)晶堆疊石墨烯片組成，在低結(jié)晶碳壁內(nèi)提供無(wú)與倫比的導(dǎo)電性。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量和內(nèi)部程序升溫解吸系統(tǒng)的利用，研究人員構(gòu)建了低結(jié)晶碳壁的原子級(jí)結(jié)構(gòu)模型，從而能夠進(jìn)行詳細(xì)的理論模擬。為這項(xiàng)研究進(jìn)行模擬部分的教授指出，“我們的高級(jí)模擬提供了一個(gè)獨(dú)特的鏡頭來(lái)估計(jì)無(wú)定形碳內(nèi)的電子躍遷，揭示了控制其電行為的復(fù)雜機(jī)制?！?/span>

最終，這項(xiàng)研究代表了我們?cè)诶斫夥蔷Щ嗫滋疾牧霞捌湓谔剿鞲鞣N電化學(xué)系統(tǒng)中的應(yīng)用方面向前邁出了重要一步。