Des nanomatériaux hybrides au potentiel

Anonim

En combinant plusieurs nanomatériaux en une structure unique, les scientifiques peuvent créer des matériaux hybrides qui intègrent les meilleures propriétés de chaque composant et surpassent toute substance unique. Une méthode contrôlée pour la fabrication de nanostructures creuses à trois couches a maintenant été développée au KAUST. Les structures hybrides sont constituées d'un cœur organique conducteur intercalé entre des couches de métaux électrocatalytiquement actifs: leurs utilisations potentielles vont d'une meilleure électrode de batterie à la production de carburant renouvelable.

Bien que plusieurs méthodes existent pour créer des matériaux à deux couches, la réalisation de structures à trois couches s'est avérée beaucoup plus difficile, déclare Peng Wang du Centre de dessalement et de réutilisation des eaux, qui a co-dirigé les recherches avec le professeur Yu Han, membre des Advanced Membranes. Centre des matériaux poreux chez KAUST. Les chercheurs ont développé une nouvelle approche à deux modèles, explique Sifei Zhuo, membre postdoctoral de l’équipe de Wang.

Les chercheurs ont développé leur nanomatériau hybride directement sur du papier carbone - un tapis de fibres de carbone électriquement conductrices. Ils ont d'abord produit une forêt hérissée de nanofils de nickel cobalt hydroxyle carbonate (NiCoHC) à la surface de chaque fibre de carbone (image 1). Chaque petit poil inorganique était recouvert d'une couche organique appelée graphdiyne à substitution d'hydrogène (HsGDY) (image 2).

Ensuite, il y a eu l'étape clé du double modèle. Lorsque l'équipe a ajouté un mélange chimique qui réagit avec la NiCoHC interne, le HsGDY a servi de barrière partielle. Certains ions de nickel et de cobalt provenant de la couche interne ont diffusé vers l'extérieur, où ils ont réagi avec le thiomolybdate de la solution environnante pour former la couche externe MoS 2 (Ni, Co-MoS 2) co-dopée au nickel et au cobalt. Pendant ce temps, certains ions de soufre provenant des produits chimiques ajoutés ont diffusé vers l'intérieur pour réagir avec le nickel et le cobalt restants. La substance résultante (image 3) avait la structure Co 9 S 8, Ni 3 S 2 @, Co-MoS 2, dans laquelle la couche organique conductrice HsGDY est prise en sandwich entre deux couches inorganiques (image 4).

Le matériau triple couche a montré de bonnes performances en matière de séparation électrocatalytique des molécules d'eau pour générer de l'hydrogène, un carburant potentiel renouvelable. Les chercheurs ont également créé d'autres matériaux à triple couche en utilisant l'approche du double modèle

"Ces nanostructures à trois couches offrent un grand potentiel de conversion et de stockage d'énergie", explique M. Zhuo. "Nous pensons qu'il pourrait être étendu pour servir d'électrode prometteuse dans de nombreuses applications électrochimiques, telles que les supercondensateurs et les batteries sodium / lithium-ion, et pour une utilisation dans le dessalement de l'eau."

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