p Por no local dopagem de nitrogênio e hibridização estrutural de nanotubos de carbono (CNTs) e grafeno por meio de uma deposição química de vapor de duas etapas (CVD), cientistas fabricaram sanduíches de nanotubos de carbono / grafeno (N-ACNT / G) alinhados com nitrogênio e dopados com nitrogênio com vias de transferência de elétrons tridimensionais (3D), canais de difusão de íons interconectados, e afinidade e atividade interfacial aprimorada. Os sanduíches N-ACNT / G fabricados, descrito no jornal Materiais avançados em 17 de setembro de 2014, demonstrou desempenho de alta taxa em baterias de lítio-enxofre (Li-S). p CNTs e grafeno, o sp mais destacado ² -nanomateriais de carbono ligados nas últimas décadas, têm atraído enorme atenção na área de armazenamento de energia, catálise heterogênea, cuidados de saúde, Proteção Ambiental, bem como nanocompósitos, que são altamente dependentes não apenas de suas propriedades físicas intrínsecas superiores, como resistência mecânica, condutividade elétrica e térmica, mas também em seus caracteres químicos sintonizáveis, como grupos funcionais, doping, e modificação de superfície. Contudo, o nanocarbono contendo heteroátomo tende a se agregar devido a fortes interações de van der Waals e grande explosão de área de superfície, limitando assim constantemente a demonstração de suas propriedades físicas intrínsecas e desempenhos em materiais como fabricados e dispositivos práticos.

p A combinação de CNTs e grafeno em compósitos híbridos 3D pode geralmente mitigar a auto-agregação e empilhamento de materiais de nanocarbono e também amplificar as propriedades físicas em macroescala. Até agora, várias estratégias foram exploradas para fabricar tais CNTs / híbridos de grafeno, incluindo métodos de pós-organização e crescimento in situ, enquanto a integração de CNTs e grafeno de alta qualidade sem camadas de barreira ainda é difícil.

p Uma equipe da Universidade Tsinghua (China), liderados pelo Prof. Qiang Zhang e Fei Wei, agora fabricaram com sucesso híbridos N-ACNT / G tipo sanduíche por meio de um crescimento catalítico de duas etapas em materiais naturais bifuncionais. Os CNTs alinhados foram primeiramente intercalados nos espaços intercamadas do catalisador em camadas incorporado com nanopartículas de metal (NPs) através de um CVD de baixa temperatura (L-T), e o grafeno foi depositado sequencialmente na superfície de flocos lamelares no fundo de CNTs alinhados através de um CVD de alta temperatura (H-T). O NH3 foi introduzido simultaneamente durante o crescimento do CVD para a incorporação de átomos de nitrogênio na estrutura de carbono. Após a remoção do catalisador, CNTs alinhados alternativos e grafeno foram verticalmente conectados uns aos outros em periodicidade de longo alcance, formando assim uma estrutura tipo sanduíche.

p "A questão chave para a fabricação da nova arquitetura N-ACNT / G é que os CNTs alinhados de alta qualidade e o grafeno foram cultivados nos NPs e flocos lamelares em L- e H-T CVD, respectivamente e conjuntamente. ", o primeiro autor Cheng Tang explicou a Phys.Org, ''Deste modo, a conexão contínua de CNTs alinhados de alta qualidade e grafeno forneceu caminhos de transferência de elétrons 3D e canais de difusão de íons interconectados. Também, o doping de nitrogênio induziu modulação química moderada à estrutura de carbono, pelo que aumentou a afinidade interfacial e a atividade eletroquímica. "

p Um dos candidatos mais promissores para fontes de energia de próxima geração, A bateria Li-S tem densidade de energia teórica muito alta de 2600 Wh kg ^-1 , abundância natural do elemento enxofre, e favorável ao meio ambiente também. "Tentamos melhorar o desempenho cíclico e de taxa das baterias Li-S para aplicação prática com os híbridos N-ACNT / G como materiais catódicos." disse o Prof. Wei. Uma alta capacidade reversível inicial de 1152 mAh g ^-1 pode estar disponível em 1.0 C, mantendo ca. 880 mAh g ^-1 após 80 ciclos, que foi cerca de 65% maior do que os CNTs alinhados. Mesmo em uma alta densidade de corrente de 5,0 C, uma capacidade reversível de ca. 770 mAh g ^-1 pode ser conseguida.

p "A notável capacidade de ciclagem e capacidade de taxa pode ser atribuída às novas características estruturais e químicas dos sanduíches N-ACNT / G", Prof. Zhang elaborou, "A junção contínua de CNTs alinhados cultivados com CVD e grafeno fornece rápida transferência de elétrons e robustez mecânica. O espaço mesoporoso interconectado 3D melhora a penetração e difusão de eletrólitos. Além disso, as interfaces modificadas com nitrogênio dão origem a afinidade interfacial aprimorada para confinamento eficiente e utilização de enxofre e polissulfetos. "

p "É altamente esperado que os sanduíches N-ACNT / G tenham várias aplicações potenciais na área de nanocompósitos, armazenamento de energia, Proteção Ambiental, aparelho eletrônico, bem como saúde, por causa de sua estrutura hierárquica robusta, Vias de transferência de elétrons 3D e canais de difusão de íons, e afinidade interfacial aprimorada e atividade também. "Prof. Zhang disse, "Como essa estratégia de design e fabricação é geralmente aplicável, prevemos um novo ramo da química de materiais evoluindo na área de nanoestruturas hierárquicas avançadas por meio dos nanosistemas topológicos 3D e modificação interfacial. "