Революция в электрохимии: инновации с нанопористыми модельными электродами

Исследователи разработали новаторскую модель мембранного электрода, представляющую собой упорядоченный массив полых гигантских углеродных нанотрубок (gCNT) внутри нанопористой мембраны. Новый электрод был сконструирован путем разработки технологии однородного углеродного покрытия на анодном оксиде алюминия (ААО), что привело к получению вертикально ориентированных gCNT с нанопорами различных размеров. Эта модель предназначена для минимизации контактного сопротивления и улучшения понимания электрохимического поведения.

Ученые создали инновационную модель мембранного электрода с полыми гигантскими углеродными нанотрубками и широким диапазоном размеров нанопор. Изобретение помогает понять электрохимическое поведение и может значительно расширить наши знания о пористых углеродных материалах в электрохимических системах.

Исследователи из Университета Тохоку и Университета Цинхуа представили модель мембранного электрода следующего поколения, которая обещает произвести революцию в фундаментальных электрохимических исследованиях. Этот инновационный электрод, изготовленный в результате тщательного процесса, демонстрирует упорядоченный массив полых гигантских углеродных нанотрубок (gCNT) внутри нанопористой мембраны, открывая новые возможности для накопления энергии и электрохимических исследований.

Ключевой прорыв заключается в конструкции этого нового электрода. Исследователи разработали метод однородного углеродного покрытия на анодном оксиде алюминия (ААО), сформированном на алюминиевой подложке, с устранением барьерного слоя. Полученный слой с конформным углеродным покрытием демонстрирует вертикально выровненные gCNT с нанопорами диаметром от 10 до 200 нм и длиной от 2 до 90 мкм, покрывающие маленькие молекулы электролита до биологически связанных крупных веществ, таких как ферменты и экзосомы. В отличие от традиционных композитных электродов, эта автономная модель электрода исключает контакт между частицами, обеспечивая минимальное контактное сопротивление, что важно для интерпретации соответствующих электрохимических характеристик.

Модель мембранного электрода

Модель электрода с мембраной, демонстрирующая широкий диапазон управляемости по размерам пор.

«Потенциал этой модели электрода огромен», — заявил доктор Чжэн-Зе Пан, один из авторов исследования. «Используя модель мембранного электрода с его широким диапазоном размеров нанопор, мы можем получить глубокое представление о сложных электрохимических процессах, происходящих внутри пористых углеродных электродов, а также об их присущей им корреляции с размерами нанопор».

Кроме того, gCNT состоят из низкокристаллических слоев графена, что обеспечивает беспрецедентный доступ к электропроводности внутри низкокристаллических углеродных стенок. Путем экспериментальных измерений и использования собственной системы десорбции с программируемой температурой исследователи построили структурную модель низкокристаллических углеродных стенок в атомном масштабе, что позволило провести детальное теоретическое моделирование. Доктор Алекс Азиз, который провел часть моделирования для этого исследования, отмечает: «Наши продвинутые модели обеспечивают уникальную линзу для оценки электронных переходов внутри аморфных углеродов, проливая свет на сложные механизмы, управляющие их электрическим поведением».

Этот проект возглавлял профессор доктор Хиротомо Нишихара, главный исследователь группы устройств/систем в Передовом институте исследования материалов (WPI-AIMR). Результаты подробно описаны в одном из ведущих материаловедческих журналов Advanced Functional Materials .

В конечном счете, исследование представляет собой значительный шаг вперед в нашем понимании пористых углеродных материалов на аморфной основе и их применения для исследования различных электрохимических систем.