奈米材料一直以來都是科研工作者關注的熱點,及時瞭解最新的奈米材料及其特性,對於啟發研究思路大有裨益,同時也加快了奈米材料在生物、物理、化學等方面的應用,以下盤點了近年來研究熱度較高的幾款奈米材料。
1、多孔石墨烯
作為2010年的諾貝爾獎材料-石墨烯,雖然已經過去11年,但在2021年的各大頂刊如Advanced Energy Materials、Advanced Functional Materials等,多孔石墨烯表現亮眼,仍然是二維材料界的明星材料。Adv Energy Mater報道了多孔石墨烯基單原子催化劑(Co-NMGO)僅需146mV的過電位即可獲得10mAcm−2的電流密度。此外該期刊還報道了一種用於高質量鋰硫電池的三維多孔石墨烯/聚丙烯腈硫(3DHG/PS)複合陰極,在連續1500次迴圈後,每迴圈顯示出0.012%的超低容量衰減率、15.2mgcm−2的高質量負載下的高比容量和優異的速率效能。
2、紫磷晶體
紫磷(violet phosphorene),是一種層狀磷的同素異形體。紫磷烯被證明是比黑磷烯更穩定的二維半導體材料,在電子和光電子器件領域極具應用前景。研究表明,單層紫磷烯的二維楊氏模量是石墨烯的4.4倍,也遠高於目前已知的其他二維材料。此外,根據計算單層紫磷烯也有希望用於NO2、O3和SO2的氣體感測,作為鋰離子電池和鈉離子電池的負極材料也表現出巨大潛力。紫磷兼具了高載流子遷移率和各向異性,且具有寬頻隙、穩定、易剝離的特性,未來紫磷有望取代黑磷成為新的“夢幻材料”。
3、碳奈米管透明導電薄膜
由於碳奈米管(CNT)對電子和空穴具有極高且均衡的遷移率以及出色的縮放特性,在場效應電晶體 (FET)和積體電路中用作通道材料成為CNT最受期待的應用之一,其中碳奈米管透明導電薄膜是其中的佼佼者。Nano Today報道了利用CNT作為陽極製備出一種高效能的柔性探測器,可將暗電流抑制在皮安級以下,從而實現了2.07×1014的高檢測率Jones,比ITO基器件大100倍。Advanced Functional Materials報道透過簡單的轉移技術用單壁碳奈米管薄膜替換昂貴的氧化銦錫 (ITO)視窗電極,所製備的器件在剛性基板上的 PCE約為 19%,是迄今為止報告的無 ITO 鈣鈦礦太陽能電池的最高值。
4、多孔奈米材料
多孔奈米材料因其大的比表面積、暢通的孔道體系、特殊的理化效能等一直備受研究者們的關注,其中以介孔二氧化矽研究最為廣泛。介孔二氧化矽材料(MSMs)在吸附、分離、感測器和生物醫藥等領域具有巨大的應用潛力。Advanced Functional Materials綜述了基於MSMs在感測領域的進展。MSMs的功能基元已經從簡單的分子擴充套件到大分子和奈米顆粒,研究的重點也從單一的效能檢測轉向多功能和跨學科的研究。隨著越來越多的多孔材料被挖掘出來,介孔碳材料也逐漸走上多孔奈米材料的舞臺。有序介孔碳(OMC)是新型非矽基介孔材料,具有孔道結構規整,較高比表面積,較大孔容和熱穩定性等特徵,在催化、分離提純、生物材料、吸附和新型組裝材料等方面均具有巨大潛力。
除了以上幾種材料之外,石墨炔、Mxene、黑磷、層狀雙金屬氫氧化物(LDH)等也在二維材料家族中佔據著重要位置。近年來MOFs材料異軍突起,在各大頂刊表現優異,成為新的研究熱點。作為經典奈米材料,銀奈米線、奈米金銀顆粒以及磁性奈米材料的研究方向也已經逐漸轉向功能複合材料。奈米材料的研究迎來新的機遇,正在以嶄新的姿態改變著世界!
近年來奈米材料的發展日新月異,層出不窮,我們已知的奈米材料已經上萬種,並且每隔一段時間就會有湧現出新的奈米材料,讓我們對世界的瞭解更進一步。及時瞭解新型奈米材料的特性並利用起來,可以大大提高科學技術和生產力的發展。
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先豐奈米是一家從事奈米材料研究12年的科技公司,現擁有石墨烯、類石墨烯、MXenes、石墨炔、碳奈米管、金屬奈米材料、無機奈米材料、有機奈米材料、生物奈米材料等25大類1500多種前沿先進奈米材料,12年來服務超60000科技人員,使用先豐產品發表的論文突破7000多篇,其中包含Nature、JACS、Advanced Functional Materials等頂級期刊。
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