Holey Graphene Nanomanufacturing: Struktur, Zusammensetzung und elektrochemische Eigenschaften

Die Topologie ist entscheidend für die Eigenschaften und die Funktion von 2D-Nanomaterialien. Membranen und Filme aus 2D-Nanomaterialien leiden normalerweise unter großer Tortuosität, die durch das dichte Neuordnen der Nanosheets verursacht wird, und haben daher eine begrenzte Anwendung in Bereichen wie Elektroden für Superkondensatoren und Batterien, die den Ionentransport durch die Dicke der Nanosheets erfordern. Im Vergleich zu herkömmlichen porösen 2D-Nanomaterialien ist die Einführung von Löchern durch die Nanosheets, um löchrige 2D-Nanomaterialien zu schaffen, die die 2D-bezogenen Eigenschaften beibehalten, ein sinnvollerer Ansatz zur Verbesserung des molekularen Transports. Hier wird Graphen als Modell verwendet, um die grundlegende Struktur-Eigenschafts-Beziehung aufgrund der defektbasierten Lochbildung zu studieren. Insbesondere wird die Korrelation der elektrochemischen Kapazitätseigenschaften mit Struktur und Zusammensetzung für löchrige Graphenmaterialien vorbereitet, die mithilfe eines hochskalierbaren, kontrollierten Luftoxidationsprozesses hergestellt werden. Das Vorhandensein von Löchern auf Graphenblättern ist nicht ausreichend, um die beobachtete Kapazitätsverbesserung zu erklären. Vielmehr wird die Verbesserung durch die Kombination eines erhöhten Mesoporvolumens mit gleichzeitiger Sauerstoffdotierung bei minimalen Schäden am graphitischen Kohlenstoffnetzwerk erreicht. Das detaillierte Verständnis könnte weiter auf andere 2D-Materialien angewendet werden, um eine breitere Palette sowohl von energiebezogenen als auch anderen Anwendungen zu ermöglichen.