p Ao introduzir um grande número de protuberâncias nas camadas de grafeno durante a síntese de deposição química de vapor (CVD), os cientistas fabricaram grafeno de camada dupla intrinsecamente desempilhada com uma alta área de superfície específica, excelente condutividade elétrica, e estrutura mesoporosa. O grafeno de camada dupla não empilhado, descrito no jornal Nature Communications , podem ser excelentes materiais catódicos para baterias de lítio-enxofre de alta potência. p O grafeno é um material funcional promissor para uma variedade de aplicações, incluindo armazenamento de energia por causa de suas extraordinárias propriedades elétricas e mecânicas. Contudo, camadas de grafeno tendem a empilhar umas com as outras por causa de sua enorme área de superfície e fortes interações π-π entre o grafeno multicamadas com uma distância intercamada de ca. 0,334 nm. Este empilhamento resulta em uma área de superfície muito menor do grafeno obtido, com baixo desempenho de armazenamento de energia. É necessário evitar o empilhamento para amplificar as propriedades intrínsecas do grafeno e facilitar a aplicação prática.

p Os pesquisadores exploraram várias novas abordagens para inibir o empilhamento de grafeno. A maioria deles é baseada na introdução de espaçadores, como óxidos de metal, polímeros condutores, negro de fumo, ou nanotubos de carbono nos espaços intercamadas. Contudo, tais processos de hibridização inevitavelmente causam mudanças nas propriedades intrínsecas do grafeno e / ou induzem interfaces pobres.

p Cientistas da Universidade de Tsinghua (China) já fabricaram com sucesso grafeno de camada dupla intrinsecamente desempilhados por meio de CVD direcionado a modelos. Uma equipe liderada pelo Prof. Qiang Zhang e Fei Wei explorou a ideia de usar nanoflocos mesoporosos como modelo. As camadas de grafeno são depositadas no molde mesoporoso e moldadas em sua estrutura mesoporosa, onde os átomos de carbono depositados nos mesoporos formam as protuberâncias de grafeno e atuam como espaçadores para evitar o empilhamento das camadas de grafeno depositadas em ambos os lados dos flocos mesoporosos. Consequentemente, O grafeno molde de dupla camada composto por duas camadas de grafeno com um grande número de protuberâncias pode ser recuperado após a remoção dos flocos mesoporosos.

p "A presença de um grande número de mesoporos no molde do nanofloco dá origem a protuberâncias com uma alta densidade de cerca de 5,8 × 10 ¹⁴ m ^-2 e os tamanhos variaram de 2 a 7 nm entre as camadas de grafeno, "O primeiro autor, Meng-Qiang Zhao, disse ao Phys.org." As protuberâncias desempenham um papel importante na prevenção do empilhamento de camadas de grafeno. Além do mais, a presença de tais protuberâncias na superfície do grafeno pode enfraquecer as interações π-π entre as camadas de grafeno e, assim, evitar o empilhamento do grafeno modelo de camada dupla vizinha até certo ponto. "Como resultado, o grafeno de camada dupla mostra uma alta área de superfície específica de 1628 m ² g-1, mesoporos abundantes com o tamanho variando de 2 a 7 nm, e um volume total de poro de 2,0 cm ³ g ^-1 .

p As baterias de lítio-enxofre são uma das tecnologias de armazenamento de energia mais promissoras devido à alta densidade de energia. Contudo, sua densidade de potência e baixa estabilidade de ciclismo sempre foram um obstáculo importante para sua aplicação prática. Ao usar o grafeno de camada dupla não empilhado como os materiais do cátodo, os cientistas foram capazes de fabricar baterias de lítio-enxofre com excelente desempenho de alta potência. Altas capacidades reversíveis de 1034 e 734 mA h g ^-1 foram alcançados em altas taxas de descarga de 5 e 10 C, respectivamente. Mesmo depois de 1000 ciclos, altas capacidades reversíveis de ca. 530 e 380 mA h g ^-1 foram retidos a 5 e 10 C, com constantes de eficiência coulômbicas em ca. 96 e 98%, respectivamente.

p "O excelente desempenho de alta potência pode ser atribuído à extraordinária condutividade elétrica e estrutura mesoporosa única do grafeno de camada dupla não empilhado, "O Prof. Zhang explicou. A estrutura porosa única do grafeno de camada dupla não empilhado permite o armazenamento eficaz de enxofre no espaço intermediário lamelar mesosizado, o que dá origem a uma conexão eficiente entre o enxofre e o grafeno e evita a difusão dos polissulfetos no eletrólito. Consequentemente, um excelente desempenho de alta potência das células de lítio-enxofre com alta capacidade e boa estabilidade é alcançado.

p "Esperamos que os materiais de grafeno de camada dupla não empilhados tenham potencial em aplicações de proteção ambiental, nanocompósitos, dispositivos eletrônicos, e saúde pessoal por causa de sua grande área de superfície intrínseca, extraordinária condutividade térmica e elétrica, andaime 3D robusto, química de superfície sintonizável, e interface biocompatível, "disse o Prof. Zhang, "Como as nanoestruturas em camadas não empilhadas não se limitam ao grafeno, prevemos um novo ramo da química evoluindo na estabilização de nanoestruturas por meio de sistemas porosos topológicos 3D. "