在石墨烯单层中空隙缺陷和多层遮蔽:在厘米大小的直接甲醇燃料电池中增强质子运输
Weizhe Zhang1, Xiaoting Liu2,3, Buhang Chen2,3
1Leiden Institute of Chemistry, Faculty of Science, Leiden University, Einsteinweg 55, Leiden 2333CC, Netherlands.
ACS applied materials & interfaces
|November 5, 2025
概括
在厘米尺度石墨烯薄膜上的多层补丁增强了直接甲醇燃料电池 (DMFC) 中的质子选择性. 这种缺陷工程通过控制质子运输来提高燃料电池性能.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 电化学 电化学 电化学
- 纳米技术 纳米技术
背景情况:
- 石墨烯的质子选择性和甲醇透性对直接甲醇燃料电池 (DMFC) 是有前途的.
- 化学蒸汽沉积 (CVD) 对于生产DMFC膜所需的大面积石墨烯 (大于1厘米2) 是必不可少的.
- CVD石墨烯含有缺陷和多层补丁,可以利用这些补丁来调整性能.
研究的目的:
- 调查多层补丁对DMFC中厘米尺度石墨烯薄膜性能的影响.
- 了解缺陷和多层结构如何影响质子选择性和燃料电池整体效率.
主要方法:
- 使用化学蒸汽沉积 (CVD) 制造厘米尺度的石墨烯薄膜.
- 单晶石墨烯 (SCG) 和多晶石墨烯 (PCG) 具有不同多层补丁比的特性.
- 控制的等离子蚀刻,以引入石墨烯薄膜中的缺陷.
- 在DMFC中对改性石墨烯膜的性能评估.
主要成果:
- 多晶石墨烯 (PCG) 呈现多层斑块,面积比例高达~4%.
- 等离子蚀刻有效地修改了SCG和PCG的单层区域.
- 与原始石墨烯相比,有缺陷的石墨烯薄膜显示质子导电率增加了10%.
- 多层补丁有助于增强质子选择性,可能通过限制缺陷部位.
结论:
- 在CVD培养的石墨烯中的多层补丁可以有利于DMFC性能.
- 等离子体诱导的缺陷与多层补丁相结合,改善了质子导电性和选择性.
- 石墨烯膜的战略工程,包括缺陷和补丁控制,对于推进DMFC技术至关重要.
