使用模型纳米电极的创新揭示了纳米尺度的极限

东北大学和清华大学的研究人员提出了一种有望彻底改变基础电化学研究的下一代膜电极模型。 这种创新电极通过精确的工艺制造，在纳米多孔膜内显示出有序的巨型空心碳纳米管 (gCNT) 阵列，为能量存储和电化学研究开辟了新的可能性。

主要突破点就在这个新极点的建设上。 研究人员在铝基板上形成的阳极氧化铝 (AAO) 上开发了一种均匀的碳涂层技术，去除了阻挡层。 由此产生的构象碳涂层显示垂直排列的 gCNT，其纳米孔的直径范围为 10 至 200 nm，长度为 2 μm 至 90 μm，封装用于酶和外泌体等大型生物合成物质的小电解质颗粒。 与传统的复合电极相比，独立电极模型消除了颗粒之间的接触，确保最小的接触电阻——这对于解释相应的电化学行为至关重要。

“这种模型电极的潜力是巨大的，”相应的研究作者之一 Zheng-Ze Pan 博士说。 “通过使用具有广泛纳米孔尺寸的膜电极模型，我们可以深入了解多孔碳电极内发生的复杂电化学过程，以及它们与纳米孔尺寸的内在相关性。”

此外，gCNT 由堆叠的低结晶石墨烯片组成，在低结晶碳壁内提供无与伦比的导电性。 通过实验测量并使用内部程序升温吸附系统，研究人员构建了低结晶碳壁的原子级结构模型，从而能够进行详细的理论模拟。 执行这项研究的模拟部分的 Alex Aziz 博士指出，“我们的高级模拟提供了一个独特的镜头来估计无定形碳内的电子跃迁，揭示了控制其电行为的复杂机制。”

该项目由高级材料研究所 (WPI-AIMR) 设备/系统组首席研究员 Hirotomo Nishihara 教授领导。 这些发现在材料科学领域的顶级期刊之一中有详细介绍，” 先进功能材料.

最终，这项研究代表了我们在理解多孔、无定形碳材料及其在不同电化学系统研究中的应用方面向前迈出的重要一步。

帖子详情：

标题：具有排列的巨型空心碳纳米管阵列的纳米膜电极

Hongyu Liu、Zheng-Ze Pan*、Alex Aziz、Rui Tang、Wei Lv 和 Hirotomo Nishihara

期刊：先进功能材料

DOI： 10.1002/adfm.202303730