Новости

Jun 19, 2023

3D поглотители белой пены графена: везикант

Материалы NPG Asia, том 7,

NPG Asia Materials, том 7, стр. e168 (2015 г.) Цитировать эту статью

9289 Доступов

57 цитат

3 Альтметрика

Подробности о метриках

Трехмерные (3D) наноструктуры, собранные из одно- или многослойных ультратонких двумерных (2D) кристаллов, вызвали большой интерес в энергетике и охране окружающей среды. Здесь мы представляем процесс газового вспенивания в керамическом материале из гексагонального нитрида бора (h-BN) для изготовления трехмерных пенопластов белого графена (WG) без использования каких-либо катализаторов или шаблонов для сверхсильных задач по удалению загрязняющих веществ. Важно отметить, что введение везикантов гарантировало воспроизводимость и выход (>500 см3). Интересно, что эти 3D-пены WG обладали везикулярной структурой с иерархическими порами масштаба от нм до мкм и ультратонкими стенками, состоящими из одно- или нескольких слоев BN-мембран с плоскими размерами до 100 мкм. Следовательно, такие достоинства микроструктуры иерархических пор и ультратонких стенок наделили их не только очень низкой плотностью (2,1 мг см-3), но и сверхсильной адсорбционной способностью, иллюстрируемой емкостью, в 190 раз превышающей собственный вес, по отношению к широкому спектру загрязнений окружающей среды, включая различные масла и красители. Таким образом, пены 3D h-BN WG, полученные вспениванием с применением наполнителей, должны иметь большой потенциал в качестве выдающихся поглотителей окружающей среды.

Двумерные (2D) кристаллы, такие как графен1 и белый графен (WG, моно- или малослойный гексагональный нитрид бора (h-BN))2, 3, вызвали большой интерес из-за их необычных внутренних свойств и широкого диапазона приложения в электронике, оптоэлектронике, хранении энергии и окружающей среде.4 Однако для некоторых конкретных применений, таких как адсорбция различных загрязнений и в качестве электродов в электрохимических ячейках, их первозданная плоская 2D-структура была признана не полностью соответствующей практическим требованиям. 5, 6, 7, 8 Напротив, трехмерные (3D) архитектуры, использующие 2D-кристаллы в качестве строительных блоков, могут одновременно обеспечивать преимущества 2D- и 3D-структур, таких как ультратонкие листы и большие удельные площади поверхности 2D-листов6, а также иерархические поры и сверхлегкая плотность за счет 3D-конфигураций.7 Недавно было доказано, что такие новые особенности 2D-3D-структур демонстрируют новые и выдающиеся характеристики. Например, 3D-структуры графен-углеродные нанотрубки имели плотность всего 0,16 мг см-3, что даже легче воздуха (1,29 мг см-3); 3D-сети графена и BN демонстрировали превосходные механические свойства; 10, 11 3D-гибридные сети BNC продемонстрировал настраиваемые электронные и тепловые свойства.12

Однако высокопроизводительное изготовление таких 3D-архитектур 2D-кристаллов, особенно без использования каких-либо шаблонов или катализаторов, остается большой проблемой. В настоящее время существует два метода изготовления 3D пенопластов WG. Первый метод предполагает сборку химически подготовленных 2D-листов в 3D-структуры.5, 6, 7, 8, 9 Очевидно, что выход ограничен исходными 2D-кристаллами и процессом сборки. Что еще более важно, искусственные и плохие связи между 2D-кристаллами обычно ухудшают электрический и тепловой перенос внутри таких 3D-структур.13, 14, 15, 16 Для достижения естественно интегрированных 3D-сетей недавно был разработан второй метод. 17 Chen et al. 10 сообщили о выращивании методом химического осаждения из паровой фазы пористых графеновых 3D-структур с пеной никеля в качестве катализатора и 3D-шаблона. Этот метод химического осаждения из паровой фазы может обеспечить высокие механические и электрические свойства и, следовательно, вызвал большой интерес к энергетическим устройствам. 11, 12, 17 Однако выход и стоимость ограничены использованием пеноникеля. Согласно нынешнему состоянию в этой области, реализация высокопроизводительных и натуральных соединений значительно продвинет вперед пены 3D WG. Однако простой и высокопроизводительный метод без использования каких-либо катализаторов или темплатов до сих пор отсутствует. Важно отметить, что введение везикантов гарантирует воспроизводимость и выход (>500 см3).