昆士兰科技大学孙子其教授AFM仿生竹膜：多级层间离子快速传输用于高体积容量电极设计- 大数跨境

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昆士兰科技大学孙子其教授AFM仿生竹膜：多级层间离子快速传输用于高体积容量电极设计

科学材料站

2021-05-31

导读：本文制备了一系列二维石墨烯/二维氧化钴异质结构用于离子存储器件。

研究背景

亿万年的自然界演化过程赋予生物体无数特定结构以及功能以适应环境的变化，同时，人类正面临着史无前例的能源与环境危机，其中一个重要解决途径是，了解自然界，理解生物体独特的“结构-性能关系”，进一步借用到实际生产生活中，从而解决人类危机。

众所周知，竹子被列为最大的草类植物之一，并被吉尼斯世界纪录记载为地球上生长最快的植物。据报道其24小时内的生长速度可达910毫米，每小时接近40毫米。竹子的如此快速生长需要水和电解质从根部到生长尖端和沿着竹茎的分支的超快速高通量传输。除了在竹茎内进行运输外，附着在竹茎内壁上的竹膜也是水和电解质运输的关键通道。

文章简介

最近，昆士兰科技大学孙子其课题组发现，天然竹膜是一种非常薄的半透明薄膜，它附着在竹子的内壁上，具有独特的多级层状结构。

体来说，最外层具有较大的层间间距传输通道，可实现快速润湿和液体扩散；而与竹茎连接的内层结构具有非常有限的层间间距，受纳米流体效应的影响，可以实现超快分子/离子传输。

受此启发，通过利用高比表面积的二维材料以及合理的表面和层间工程设计，作者制备了一系列二维石墨烯/二维氧化钴异质结构用于离子存储器件。这些异质结构模仿了具有多级离子传输通道的竹膜，以满足超快的离子和电荷在电极扩散和传输的要求，从而提高储能装置的电化学性能。

从结构组成的角度来看，二维石墨烯和二维氧化钴纳米片的有效耦合可以形成二维传输通道，提供离子吸附和超快的离子传输。通过控制堆叠顺序和多级层间距分布，系统研究了“结构-功能”关系。我们希望这种受生物启发的异质结构可以解决二维材料在新兴能源存储中的应用方面面临的挑战，并且这种结构可以扩展到不同的二维材料用于其他应用。