《我国实现米级单晶石墨烯的制备》

  • 来源专题:纳米科技
  • 编译者: 郭文姣
  • 发布时间:2017-11-23
  • 我国实现米级单晶石墨烯的制备2017/11/20 点击 115 次中国粉体网讯 石墨烯是典型的二维轻元素量子材料体系,具有优越的量子特性。科学界在石墨烯体系中观察到了许多量子现象和量子效应,石墨烯已经成为凝聚态物理研究领域的重要量子体系,在未来量子信息、量子计算和量子通讯等领域具有广泛的应用前景。 如何获得大尺寸单晶石墨烯是石墨烯研究领域的热点和难点,是实现石墨烯工业化应用的基础。虽然利用化学气相沉积方法(CVD)方法已经实现了米级多晶石墨烯薄膜的制备,但是米级单晶石墨烯薄膜技术还未被突破。 最近,在量子调控与量子信息重点专项项目的支持下,北京大学刘开辉研究员、俞大鹏院士、王恩哥院士及其合作者,继2016年首次实现石墨烯单晶的超快生长之后,在米级单晶石墨烯的生长方面再次取得重要进展。 研究团队将工业多晶铜箔转化成了单晶铜箔,得到了世界上目前最大尺寸的单晶Cu(111)箔,利用外延生长技术和超快生长技术成功在20分钟内制备出世界最大尺寸(5×50 cm2)的外延单晶石墨烯材料。该研究结果为快速生长米级单晶石墨烯提供了必要的科学依据,为石墨烯单晶量子科技...

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    • 来源专题:纳米科技
    • 编译者:郭文姣
    • 发布时间:2020-03-09
    • 近几十年来,对纳米颗粒的实验兴趣一直保持着发展势头,科学家发现了有关其独特性质的更多信息,如何将其用于越来越多的应用中,并开发了生产这些颗粒的先进技术。 早在2000年,科学家就开发了一种生产铁磁FePt纳米晶超晶格的方法,该方法被认为对超高密度磁记录介质的未来应用具有很大的希望。 下面,我们讨论产生这些纳米晶体超晶格的方法以及它们当前的现代应用。 铁磁性FePt纳米晶超晶格是如何制成的? 来自纽约和加利福尼亚州沃森研究中心和阿尔玛登研究中心的科学家团队开发了一种通过还原乙酰丙酮铂并分解油酸和油胺稳定剂中的五羰基铁来合成铁-铂(FePt)纳米粒子的方法。据报道,该方法可产生具有可控尺寸和组成的FePt纳米粒子,以及具有可调粒子间间距的铁磁FePt纳米晶体超晶格。 首先,为了生产FePt纳米颗粒,该团队使用油酸和油胺来稳定和防止单分散FePt胶体的氧化。接下来,通过多元醇法将金属盐还原为金属颗粒。随后,Fe(CO)5热分解以生成Fe颗粒。这两个过程均在油酸和油胺的存在下进行,从而产生了单分散的FePt纳米颗粒。 该团队证明了所得的FePt纳米粒子可以很容易地控制。在控制羰基铁与铂盐的摩尔比时,研究人员表明可以调节组成。通过生长单分散种子颗粒并添加试剂以使种子生长至所需大小来更改粒度。最后,通过添加絮凝剂并离心将颗粒纯化和分离。 下一阶段是将FePt胶体分散到基质上,使溶剂蒸发,然后形成FePt纳米粒子超晶格。研究表明,生成的粒子是单分散的,很容易自组装成3D超晶格。 铁磁性FePt纳米晶超晶格的应用 一旦建立了创建铁磁性FePt纳米晶超晶格的方法,科学家就预见了它们在许多应用中的用途,特别是在光学和电子设备中。它们具有良好的化学稳定性和较大的单轴磁晶各向异性,可将其集成到永磁应用中。 它们具有随各向异性常数和颗粒体积成比例变化的单个颗粒的磁稳定性的特征,得出的结论是,这些颗粒可能会影响未来超高密度磁记录介质应用的发展。 然而,最近的研究强调了阻碍在磁记录中使用这些超晶格的问题。已经发现,FePt具有高矫顽力,大大超过了磁头材料限制的可用磁头的书写范围。因此,科学家们正在探索一种减少书写领域的方法来克服这一限制。 当前,最有前途的技术是在软磁相和硬磁相之间交换耦合。但是,要实现这一点,复合材料至少需要两个阶段。最近的研究在该领域取得了进展,最近几个月内发表了一些论文,这些论文展示了交换耦合并因此控制材料磁性能的可行方法。 该领域的进展很可能会使许多磁性应用受益,但是,实现这些应用可能需要花费几年的时间,在优化和准备方法之前还需要进行更多的研究。在研究环境之外使用。
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    • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者:wukan
    • 发布时间:2018-06-15
    • 电解水制氢是一种洁净、高效的能源转换技术,而析氢电催化剂是决定制氢效率的一个关键因素。然而,当前高效的制氢催化剂主要采用贵金属(如铂、钌等)材料,价格高昂、储量稀缺等问题严重限制了电解水制氢技术的规模化应用。因此,发展廉价、高性能的非贵金属催化剂成为该技术的前沿热点。筑波大学的Tadafumi Adschiri教授研究团队成功地合成了一种氮掺杂多孔石墨烯修饰的三维镍钼(NiMo)合金复合电极材料,展现出了与商用的贵金属催化电极Pt/C相当的催化产氢效能,且具备了良好的耐酸性。研究人员首先通过化学还原法将镍钼氧化物(NiMoO4)和二氧化硅(SiO2)纳米颗粒混合物进行高温还原,制备出了SiO2¬纳米颗粒负载的多孔NiMo合金复合材料;接着通过化学气相沉积方法在多孔NiMo合金表面沉积一层带有纳米孔洞的多孔氮掺杂石墨烯薄膜。研究显示NiMo合金表面的SiO2纳米颗粒作为骨架有效地阻止了合金孔洞界面处石墨烯的进一步生长,从而获得了多孔石墨烯。由此,研究人员通过调整SiO2纳米颗粒的负载量(10-5到10-1wt%质量分数)优化了石墨烯孔的尺寸。电化学测试结果显示,在0.5摩尔的硫酸溶液中,无孔石墨烯薄膜完全覆盖的NiMo催化电极多催化过电位为114 mV,催化转化频率为0.8 H2/s,经过1000次循环后催化电流降至初始的39%;而多孔石墨烯修饰的NiMo合金催化电极过电位仅为30 mV,催化转化频率为1.3 H2/s,经过1000次循环后催化电流可维持初始的68%,达到了商用的Pt/C催化电极相当的催化性能,即多孔石墨烯修饰的NiMo合金催化电极具备更加优异的催化活性和稳定性。通过密度泛函理论研究,多孔石墨烯修饰的NiMo合金催化电极拥有更加优异性能的原因在于多孔石墨烯改善了电荷转移,有利于H原子的吸附;另外多孔石墨烯的纳米孔与NiMo合金表面之间的相互作用,有效调整局部电子结构,导致H原子吸附的吉布斯自由能接近零,有助于析氢反应化学过程进行;且这种多孔石墨烯薄膜可以充当保护膜有效减轻NiMo合金催化剂被酸性电解质腐蚀,增强了催化稳定性。该项研究设计合成了新型多孔石墨烯包覆的镍钼合金复合催化电极,一方面改善了催化活性,另一方面增强了催化材料耐酸性提升循环稳定性,实现了高效稳定地光解水产氢。相关研究成果发表在《ACS Catalysis》 。