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研究透视:曼大-双栅石墨烯​ | Nature
出处:今日新材料  录入日期:2024-06-20  点击数:305

  石墨烯的基面basal plane,可以起到选择性屏障的作用,从而对质子是可渗透的,但对所有离子和气体是不可渗透的,这促进了石墨烯在例如膜、催化和同位素分离等应用中的使用。
  质子Protons可以化学吸附在石墨烯上,并使质子氢化,从而诱导导体-绝缘体转变,这种转变已在石墨烯电子器件中,得以深入研究。
  然而,这两种方法,都面临能量壁垒,并且已经提出了各种策略,以加速质子传输,例如通过引入空位,结合催化金属或化学官能化晶格等。但是这些技术,会触及其他材料性质,例如离子选择性或力学稳定性。
  今日, 英国 曼彻斯特大学(The University of Manchester)J. Tong, Y. Fu,M. Lozada-Hidalgo等,在Nature上发文,报道了在双栅double-gated石墨烯中,电场E(约 1 V nm−1)和电荷载流子密度n(约  1×10E14cm-2)的独立控制,实现了质子传输与晶格氢化解耦,从而可以加速质子传输,这接近器件的极限电解质电流。
  质子传输和氢化过程,可有选择地精确和稳健地驱动,使基于质子的逻辑和存储石墨烯设备,具有跨越数量级的开关比率。
  研究表明,场效应可以加速和解耦双栅二维晶体中的电化学过程,并展示了将这些过程映射为电场E 和电荷载流子密度n函数的可能性,这是一种新技术,用以研究二维电极-电解质界面。


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  Control of proton transport and hydrogenation in double-gated graphene.
  双栅石墨烯中,质子传输和氢化的控制。


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  图1:双栅石墨烯器件中,质子传输和氢化的选择性控制。


QQ截图20240620090606.jpg



  图2:双栅石墨烯中,独立控制电场E和电荷载流子密度n的质子和电子传输。


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  图3:在双栅石墨烯中,质子传输和氢化的鲁棒和精确切换,使得基于质子的逻辑和存储器件成为可能。


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