p A hierarquia estrutural é a pedra angular do mundo biológico, bem como a lição mais importante que aprendemos com a natureza para desenvolver engenhosos materiais porosos hierárquicos para várias aplicações em conversão e armazenamento de energia. Recentemente, um grupo de pesquisa da China, liderado pelo Prof. Qiang Zhang na Universidade de Tsinghua, desenvolveu um novo tipo de grafeno poroso hierárquico (HPG) por meio de uma versátil deposição de vapor químico (CVD) em modelos de CaO para baterias de lítio-enxofre de alta potência (Li-S). Este trabalho está publicado na revista Materiais Funcionais Avançados . p "Devido à demanda urgente por sistemas de energia sustentável e dispositivos portáteis de armazenamento de energia, a bateria Li-S foi citada como a alternativa mais promissora para dispositivos de armazenamento de energia de próxima geração, devido à sua alta densidade de energia teórica de 2600 Wh kg-1, baixo custo, e eco-amigável, "disse o Prof. Zhang." Apesar dessas vantagens, a aplicação prática ainda sofre de um desafio formidável devido ao isolamento intrínseco de enxofre e sulfetos de lítio, a dissolução de polissulfetos com um efeito de transporte, e a grande mudança de volume dos materiais catódicos durante a operação. "

p Os pesquisadores têm procurado desenvolver materiais de nanocarbono hierárquico com hierarquias estruturais ajustáveis ​​e recursos de superfície para uso como andaimes de cátodo de Li-S para resolver esses problemas de forma eficaz. Materiais porosos hierárquicos exibem porosidades em mais de uma escala de comprimento com diferentes propriedades e funções, respectivamente. É importante para melhorar o desempenho da bateria Li-S.

p "Contudo, estratégias com um processo de várias etapas ou / e modelos multiescala são predominantemente empregadas para obter porosidades hierárquicas. É sempre complicado e desfavorável aos regulamentos de estrutura, "diz Cheng Tang, um estudante de graduação e o primeiro autor.

p Pela primeira vez, Cheng propôs as partículas de CaO porosas hierárquicas como modelos catalíticos eficazes para o crescimento fácil de CVD do grafeno. O CaO é um material muito comum e promissor com baixo custo, purificação fácil, e utilização cíclica promissora. Adicionalmente, várias estruturas hierárquicas podem ser facilmente obtidas para CaO, tornando-se uma estratégia versátil para fabricar materiais HPG com hierarquia estrutural ajustável.

p Com base neste conceito, eles obtiveram uma estrutura porosa hierárquica de grafeno com abundantes vagas em plano micro-dimensionadas, poros enrugados mesosizados, e cavidades strutted macrosized. Pode servir como um andaime favorável para cátodos de baterias de Li-S com maior utilização de enxofre, alta capacidade de descarga e eficiência, estabilidade superior, e excelente capacidade de taxa. Os pequenos mesoporos facilitam o aprisionamento de enxofre e polissulfetos; os microporos e camadas de grafeno defeituosas com um alto SSA acomodam uma alta carga de enxofre com afinidade íntima; os grandes mesoporos e macroporos interconectados encurtam a distância de transporte de íons e eletrólitos.

p "Esperamos que a nova estratégia de fabricação de materiais de grafeno poroso hierárquico possa melhorar as propriedades dos andaimes catódicos para a aplicação prática de baterias de Li-S." disse Qiang. Outras melhorias são esperadas com um design mais meticuloso da estrutura hierárquica e modificações adicionais da superfície. A ideia apresentada aqui abre novas perspectivas para o desenvolvimento de grafeno nanoarquitetura com catalisadores de óxido metálico, que é novo, mas versátil para estruturas ajustáveis, propriedades variáveis, e aplicações promissoras.