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    上海交通大學Zhuoqing Yang課題組--石墨烯/銅異質結構的電子轉移機理用于改善摩擦電納米發電機的穩定性

    • 閱讀量:2294
    • 時間:2020-04-01 09:55:38

     

           從機械運動中收集能量已被證明是一種較好的策略,可以滿足自供電電子產品的要求。在這里,我們報道了一種基于石墨烯/銅異質結構的感應電極,這種柔軟且穩固的電極是通過電沉積和旋涂工藝制造的,也被用于摩擦電納米發電機(TENG)的能量收集。通常,通過物理剝離制備的石墨烯分散體是通過旋涂工藝涂敷在基于PDMS的銅納米結構上的。此外,我們提供了電子從石墨烯轉移到銅,并引發氧化銅的還原反應的有利證據。石墨烯的功能是避免銅納米結構的氧化,從而提高了石墨烯/銅異質結構的穩定性并實現了其在摩擦電納米發電機中的應用。我們闡述了相互作用機理,包括能壘,金屬功函數和石墨烯、銅、氧化物之間的電化學電勢差。通過檢測銅的化學狀態隨暴露時間的變化,來探測石墨烯/銅異質結構的強化的穩定性。還通過考察其用于TENG輸出電氣性能,評估其適用性。

    Figure 1. 滴落在硅片上的石墨烯分散體的SEM圖像:(a)PEG和(b)RGO。 在514.5 nm激光下激發的石墨烯的拉曼光譜:(c)PEG和(d)RGO,(c)中的插圖顯示了四個用于擬合PEG的2D峰的Lorentzians函數。PEG和RGO的XPS精細譜:(e)C 1s和(f)O 1s。 (g,h)石墨烯/銅異質結構的SEM圖像。(i)石墨烯/銅異質結構的XPS總譜以及各種元素的原子百分比。(j)石墨烯/銅異質結構的表面掃描圖片,包括碳,銅和氧的元素信息。k)G峰的拉曼光譜。l)在電沉積的銅襯底上摻雜石墨烯前后,Cu 2p3/2結合能位置的偏移。示意圖說明了石墨烯和多晶銅之間的功函數差異,并展示了從石墨烯到銅的電子轉移。

    Figure 2. 各個樣品的Cu 2p3/2能級的XPS譜圖:(a-c)剛制備不久;(d–f)暴露于50%R.H.的空氣中1周后;(g–i)暴露于40%R.H.的空氣中1周后。

    Figure 3. 頂部修飾有石墨烯或不修飾石墨烯的電沉積銅樣品的C 1s 和O 1s 的XPS譜圖。

     

    Figure 4. (a)本文提出的石墨烯/銅異質結構的抗氧化性和脫氧性作用機制。 (b)此機理參涉及到的電子轉移過程和化學反應。

    Figure 5. (a)基于皮膚的柔性單電極摩擦電納米發電機的示意圖和光學照片?;谑?Cu/PDMS的TENG的輸出特性:(b)輸出電壓;(c)電荷轉移量。(d)基于石墨烯/ Cu /PDMS的柔性電極的彎曲性能。(e)輸出電壓,電流和功率密度隨外部負載電阻的變化。(f)LED應用:由TENG供電的藍色LED陣列。(g–i)靈活使用皮膚基單電極摩擦電納米發電機。

     

           本研究于2020年由上海交通大學的 Zhuoqing Yang 課題組發表于Nano Energy (https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2020.104540)
           原文:Electron transfer mechanism of graphene/Cu heterostructure for improving the stability of triboelectric nanogenerators

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