Derinamos trimatės grafenų surinkimo struktūros, kontroliuojamos vandeninio tirpalo difuzijos būdu iš mikrolašelių | NPP Azijos medžiagos

Derinamos trimatės grafenų surinkimo struktūros, kontroliuojamos vandeninio tirpalo difuzijos būdu iš mikrolašelių | NPP Azijos medžiagos

Anonim

Dalykai

  • Molekulinė savimonė
  • Optinės savybės ir įtaisai

Anotacija

Dviejų matmenų (2D) grafeno lakštai pasižymi puikiomis elektrinėmis, šiluminėmis ir mechaninėmis savybėmis. Trimačiai (3D) grafeno mazgai taip pat pastaruoju metu sulaukė didelio dėmesio dėl jų didelio paviršiaus ploto, laisvos formos konfigūracijos ir grafeno kompozitų su nanomedžiagomis praktinio pritaikymo. Čia mes demonstruojame įvairių 3D grafeno mazgų, įskaitant rutulius, twidles ir pusrutulius, sintezę, naudojant mikrolašelių reaktorius. Tokiomis 3D redukuoto grafeno oksido (rGO) struktūromis galima manipuliuoti kontroliuojant GO lapo agregacijos modelį mikrolašelių viduje. Agregacijos schema priklauso nuo vandeninio tirpalo difuzijos greičio lašelyje. Šis modelis buvo tiesiog suderintas pagal aliejinės fazės kiekį lašelyje garinant. Be to, buvo pagamintos mikroporažinės struktūros, į rGO mikrodalelių įterpiant silicio dioksido granules, o po to atliekamas šlapio ėsdinimo procesas. 3D porėtos pusrutulio rGO vietinės plazmoninės savybės buvo tiriamos elektronų energijos nuostolių spektroskopijos žemėlapiais.

Įvadas

Aukštosios grafeno savybės, tokios kaip išskirtinis nešiklio mobilumas, šilumos laidumas ir mechaninis stiprumas, buvo demonstruojamos įvairiose tyrimų srityse. 1, 2, 3 Nepaisant didelio grafeno, kaip šiuolaikinių medžiagų pakaitalo, potencialo, grafeno gamybos procesų sudėtingumas, patikimų grafeno integravimo į prietaisus metodų trūkumas ir jų polinkis kauptis grafenui lakštai tebėra iššūkiai, kuriuos reikia įveikti. 4, 5, 6, 7, 8, priešingai nei dvimatis (2D) grafeno lapas, 2D grafeno surinkimas kontroliuojamu būdu sukuria unikalias medžiagas iš trijų dimensijų (3D). 3D grafeno struktūros pasižymi keliais pranašumais, tokiais kaip atsparumas kaupimuisi, didelis paviršiaus plotas, lengvas valdymas dėl laisvai esančios konfigūracijos ir nesudėtinga grafeno su nanomedžiagomis sudėtis, tuo tarpu buvo išlaikytos puikios elektroninės ir mechaninės savybės. 7, 9, 10, 11, 12

Populiariausias būdas pakeisti 2D grafeną į 3D grafeno rinkinį yra naudoti grafeno oksidą (GO) kaip tarpinę medžiagą, kuri gali būti pagaminta dideliu mastu ir kuri dėl deguoninių funkcinių grupių išlaiko aukštą dispergavimą vandenyje. Kai 3D GO struktūra bus pagaminta, cheminė arba terminė redukcijos reakcija gali grąžinti GO į rGO (redukuotą grafeno oksidą), kurio atominė struktūra yra panaši į grafeną su tam tikrais defektais. 9, 10, 11, 13, 14, 15, 16. Šiame kontekste pranešta apie GO plėvelių ir susmulkintų rGO mikrodalelių gamybą. Jei naudojamos „GO“ plėvelės, dujų burbuliukai ar universalūs organiniai tirpikliai pernešė „GO“ dideliame tirpale į skysčio ir oro sąsają surinkimui. 17, 18, 19, 20, 21 Nors buvo įmanoma sintetinti didelio masto GO plėvelę, plėvelės storio ir mechaninio stiprumo valdymas nebuvo patenkinamas. Nano dydžio lašelių reaktoriams, kuriuose buvo GO tirpalo, generuoti buvo naudojama aerozolių sistema. Po terminio apdorojimo buvo pagamintos susmulkintos rGO dalelės. 9, 11, 22 Nepaisant nenutrūkstamo gamybos proceso pranašumo, gauto rGO pasiskirstymas pagal dydį buvo menkas, o rGO forma buvo ribojama sferomis. Todėl norint sukurti universalų 3D rGO, kontroliuojant morfologiją ir dydį, reikės naujos sintetinės GO surinkimo sistemos.

Šiuo tikslu mes sukūrėme mikrofluidinių lašelių sistemą, sujungtą su kontroliuojama difuzijos sąranka, kad būtų pagamintos rutulinės, rutulinės ir tuščiavidurės rGO mikrodalelės. Mikrofilidų lašelių sistema suteikia vienodus lašelius kaip reaktorius, o turinį, pvz., GO koncentraciją ir pH vertę, galima lengvai sureguliuoti, kad būtų suderintas 3D rGO dydis ir storis. 10, 23, 24, 25 Be to, mes iškėlėme hipotezę, kad GO mazgu lašelių viduje galima manipuliuoti lašelių, gaminančių unikalias 3D rGO struktūras, vandeninio tirpalo difuzijos greičiu. Be to, silicio dioksido granulių įtraukimas į 3D rGO leidžia mums sintetinti porėtas rGO medžiagas, kurios atskleidžia grafeno vietines paviršiaus ir biriųjų plazmonines savybes.

Rezultatai ir DISKUSIJA

Mūsų strategija, kaip valdyti GO rinkinį lašelyje, remiasi vandeninio tirpalo difuzijos greičio sureguliavimu valdant aliejaus kiekį silicio plokštelėje garinimo metu. 2a – c paveiksluose parodytas 3D rGO rinkinys kaip aliejaus kiekio funkcija, o atitinkami padidinti vaizdai yra parodyti 2d – f paveiksluose. Terminio apdorojimo metu vanduo lašeliuose išsisklaidė per aliejaus sluoksnį, o po to išgaravo į orą. Kai vanduo pasklido aukštyn per vandens ir aliejaus sąsają, GO perėjo prie šios sąsajos ir buvo linkusios kauptis. Atkreipkite dėmesį, kad difuzijos greičiui ir atitinkamai surinkimo elgsenai didelę įtaką turėjo alyvos sluoksnio storis, nors vandens tirpumas heksadekane yra minimalus (5, 4 × 10 –3 g / 100 g heksadekano). Kaip parodyta 2a – c paveiksluose, alyvos sluoksnis tapo storesnis, kaip parodyta geltona spalva 2g – i paveiksluose. Taigi, kaip rodo mėlyna rodyklė, lašų vandeninio tirpalo difuzijos sparta buvo lėta. 26, 27, esant 0, 13 mm storio alyvos sluoksniui, vanduo gana greitai pasklido į alyvos fazę, gaudamas didžiulį vidinį srautą lašeliuose (2g paveikslas, įdėklas). 28 Dėl tokio stipraus vidinio srauto GO gerai išsisklaidė lašelių viduje, o lašai tuo pat metu buvo susitraukę praradus vandenį. Šio proceso metu ant lašelių buvo daromas slėgis Laplaso, kuris suspaudžia lašelius išilgai ašies, statmenos lašelių sąsajai. GO buvo surinkti ir surinkti lašelių centre, sudarant sferinę struktūrą (2d ir g paveikslai). Esant 0, 27 mm storio alyvos sluoksniui, difuzijos greitis sumažėjo, sukeliant vidutinišką vidinį srautą, dėl kurio GO kaupėsi vandens ir aliejaus sąsajos viršuje (2b paveikslas). Kadangi lašelių dugnas buvo užblokuotas silicio plokšteliu, lašelių vanduo daugiausia išsisklaidė per viršutinę lašelio pusę, todėl GO agregacija viršutinėje lašelių dalyje sudarė lenktą GO plėvelę (2h pav. įdėklas). 28, 29 Tam tikru momentu GO plėvelės sugriuvo ir suslėgė dėl Laplaso slėgio, dėl ko buvo susukama morfologija (2b ir e paveikslai). Kai buvo naudojamas palyginti didelis naftos kiekis (0, 4 mm storio alyvos sluoksnis), vandens difuzija buvo daug lėtesnė ir atsirado silpnas vidinis srautas (2i paveikslas, įdėklas). Taigi GO lakštai daugiausia kauptųsi viršutinėje sąsajoje ir pagamintų storą GO plėvelę, kurios pakako ištverti Laplaso slėgiui, sudarydami tuščiavidurias pusrutulio struktūras (2c ir f pav.). Tačiau kai aliejaus sluoksnis padidėjo iki 0, 53 mm, difuzijos greitis buvo toks lėtas, kad lašeliai sprogo prieš surenkant GO, nepalikdami GO dalelių ant pagrindo. Šie rezultatai reiškia, kad aliejaus sluoksnio storis gali tiesiog, bet reikšmingai kontroliuoti lašelių vandeninio tirpalo difuzijos greitį, kad GO, esantis lašeliuose, būtų galima manipuliuoti, kad būtų sukurtos įvairios 3D rGO morfologijos. Visų pirma, antisotropinė GO difuzija drastiškai pakeitė rGO struktūrą iš sferos į svyruojančią sferą iki tuščiavidurio pusrutulio. Dėl hidrofobinio silicio plokštelės paviršiaus apdorojimo lašelius buvo galima pakelti nuo paviršiaus, kad būtų galima atstatyti 3D grafeno struktūrą nepažeistą.

Image

Difuzinis grafeno oksidų (GO) surinkimas lašeliuose. a ) Sferinės redukuotojo grafeno oksido (rGO) struktūros, surinktos po 0, 13 mm storio alyvos sluoksnio, skenavimo elektroninės mikroskopijos (SEM) vaizdas. b ) Smailys su rGO struktūra, surinktas po 0, 27 mm storio alyvos sluoksnio. c ) tuščiavidurio pusrutulio rGO struktūros SEM vaizdas, surinktas po 0, 5 mm alyvos sluoksnio. ( d - f ) Padidinti a - c SEM vaizdai. ( g - i) GO, esančio lašeliuose, surinkimo mechanizmo schema šiluminės difuzijos proceso metu, kai alyvos sluoksnis yra 0, 13, 0, 27 ir 0, 4 mm. Mėlynos rodyklės rodo vandens išgaravimo laipsnį lašeliuose į orą. Padidintos raudonos taškinės dėžutės intarpai detaliai parodo lašelio aplinkybes. Mėlynos rodyklės rodo vandens difuzijos greičio per lašelių sąsają dydį. Tamsios rodyklės lašelio viduje rodo GO perkėlimą iš centro į sąsają, o apskritos raudonos rodyklės parodo lašelių vidinio srauto dydį. Mastelio juosta ( a - c ): 20 μm, o ( d - f ): 5 μm.

Visas dydis

Tarp pagamintų 3D rGO mus ypač domino tuščiaviduris pusrutulis dėl išskirtinės formos. Visų pirma, mes kontroliavome apvalkalo dydį, taip pat storį. Norint kontroliuoti dydį, GO koncentracija lašeliuose buvo sureguliuota ties 0, 5, 1, 2 ir 4 mg ml –1 . Nors buvo išlaikyta tuščiavidurė pusrutulio struktūra, pusrutulio skersmuo ir apvalkalo storis pamažu didėjo proporcingai GO koncentracijai (3a – d paveikslai). Tačiau dėl nedidelės 0, 1 mg ml −1 koncentracijos susidarė vientisas gabalėlis (papildomas paveikslas S1a). Panašu, kad tokia maža GO koncentracija iš pradžių sukūrė ploną plėvelę, kurią vėliau visiškai suspaudė Laplaso slėgis. Taigi, norint ištverti Laplaso slėgį, reikia išlaikyti bent pakankamą kiekį GO, kad būtų išlaikyta tuščiavidurė pusrutulio forma. Kita vertus, jei buvo naudojama aukšta 6 mg ml – 1 koncentracija, buvo susintetintas GO užpildytas pusrutulis (papildomas paveikslas S1b). Tokiu atveju vandens difuzijos metu GO būtų nuolat kaupiamos viršutinės plėvelės viduje. Šie rezultatai rodo, kad tuščiavidurio pusrutulio rGO susidarymui reikėjo optimalaus GO koncentracijos diapazono.

Image

Tuščiavidurio pusrutulio redukuoto grafeno oksido (rGO) mikrodalelių dydžio ir storio derinimas. ( a - d ) tuščiavidurių pusrutulio rGO mikrodalelių, kurių GO koncentracija yra atitinkamai 0, 5, 1, 2 ir 4 mg ml −1, skenavimo elektroninės mikroskopijos (SEM) vaizdai. ( e - h ) rGO dalelių, surinktų į 0, 4 mm alyvos sluoksnį, kuriame lašelių pH buvo kontroliuojamas esant 1, 4, 7 ir 10, SEM atvaizdai. Skalės juosta ( a - h ): 5 μm.

Visas dydis

Be dydžio kontrolės, mes taip pat galėtume suderinti apvalkalo storį. Kadangi GO buvo gausu neigiamų deguonies turinčių funkcinių grupių, mes pakoregavome lašelių pH, kad galėtume manipuliuoti GO agregacijos laipsniu. Esant žemam pH, GO paprastai būna susikaupusios, tuo tarpu esant aukštam pH, jie gerai pasiskirsto. 30 Buvo pranešta, kad GO lakštai dažniausiai buvo išdėstyti jungtimi nuo krašto iki krašto, esant žemam pH, o esant aukštam pH, pirmenybė teikiama akis į akį persidengiančiai. 19, 20, 31. Atsižvelgiant į tokį nuo pH priklausomą GO surinkimo elgesį, mes kontroliavome lašelių pH, kad nustatytume tuščiavidurio pusrutulio struktūros storį (3e – h pav.). Dėl rūgščių sąlygų (pH 1) GO lakštai su raukšlėtomis briaunomis stipriai traukė, todėl susidarė vientisa šiurkštaus paviršiaus. Tačiau padidėjus pH vertei nuo 4 iki 10, atstumas tarp GO lakštų tapo reikšmingas ir surinktas sluoksnis po sluoksnio, todėl apvalkalo storis pamažu buvo plonesnis. Tuščiavidurio pusrutulio storis buvo sumažintas iki 2, 63 ± 0, 09, 2, 0 ± 0, 10 ir 1, 39 ± 0, 04 μm, esant pH 4, 7 ir 10. Šie rezultatai rodo, kad tuščiavidurio pusrutulio dydį ir storį galėtume sureguliuoti kontroliuodami GO koncentraciją ir pH mikrolašelio viduje.

Mes toliau tyrėme 3D rGO nanokompozitų gaminimą su silicio dioksido granulėmis. Šiam tikslui panaudojome konvekcinį mikroskalės srautą lašelių viduje, kad į rGO architektūrą įterptume silicio dioksido granules. Sferinių formų sintezės sąlygomis buvo įpilti skirtingo dydžio silicio dioksido granulės (1, 0, 0, 5 ir 0, 15 μm skersmens, kai koncentracija 1 g l –1 ), gaunant aiškų vidinį silicio dioksido granulių pasiskirstymą GO matricoje, atsižvelgiant į dydį. silicio dioksido granulių (4a – f pav.). Naudojant 1, 0 μm silicio dioksido granules, susidarė „JanG“ struktūra rGO su silicio granulėmis (4a ir d paveikslai). Kalbant apie 0, 5 μm silicio dioksido granulės, rGO sferoje granulių tankis sumažėjo iš dešinės į kairę (4b ir e paveikslai), o 0, 15 μm silicio dioksido granulės buvo tolygiai paskirstytos rGO sferos viduje (4c ir f paveikslai). Atrodo, kad mikrolašelių srauto, kuris pakankamai paskatino GO jungtį prie rutulio struktūros, nepakanka, kad būtų galima pernešti mikroskalės silicio dioksido granules, tokias kaip nanosuotos GO. Tokį silicio dioksido granulių pasiskirstymą lašeliuose pagal dydį galima paaiškinti modifikuota sedimentacijos pusiausvyra, apibūdinančia 32- osios rudos spalvos dalelės vertikalaus tankio gradientą (papildoma informacija S2),

Image

Sferiniai rGO-SiO 2 kompozitai su kontroliuojamu vidiniu granulių pasiskirstymu. ( a - c ) rGO-SiO 2 kompozicijų nuskaitymo elektroninės mikroskopijos (SEM) vaizdai, naudojant silicio dioksido granules, kurių skersmuo 1, 0, 0, 5 ir 0, 15 μm. ( d - f ) ( a - c ) skerspjūvio SEM atvaizdai, naudojant fokusuotą jonų pluošto (FIB) instrumentą. g ) rutulinio rGO-SiO 2 surinkimo mechanizmo schema, atsižvelgiant į granulės dydį. Mastelio juosta ( a - f ): 5 μm.

Visas dydis

Image

čia n 0 ir n yra dalelių tankis aukštyje h = 0 ir h , r yra dalelių spindulys, g yra gravitacinis pagreitis, o ρ ir ρ ′ yra granulių ir skysčio tankis. k ir T yra Boltzmanno konstanta ir temperatūra, η ir υ yra klampumas ir srauto greitis. N 0 / n santykis yra proporcingas dalelės spinduliui. Taigi, jei silicio rutuliukų dydis būtų didesnis, rutuliukų skaičius lašelių apačioje padidėtų. Priešingu atveju mažesni rutuliukai būtų vienodai pasiskirstę lašelių aukštyje. 4g paveiksle parodyta silicio dioksido granulių paskirstymo schema priklausomai nuo dydžio. 1, 0 μm silicio dioksido granulių atveju gravitacinė jėga būtų didesnė už dispersinę jėgą, kuri yra vidinio srauto jėgos ir plūdrumo jėgos derinys, taigi, nuskendę silicio dioksido granulės. 0, 5 μm silicio dioksido granulių dispersinė jėga yra didesnė už mažesnį granulių svorį, todėl vidinėje struktūroje susidaro tankio gradientas. Kai naudojami 0, 15 μm dydžio rutuliukai, veikia gana didelė dispersinė jėga, paskirstanti granules vienodai rGO mikrodalelių viduje. Rezultatai aiškiai rodo, kad silicio dioksido granulių pasiskirstymą rGO sferoje galima kontroliuoti pagal jų dydį, tuo tarpu nano dydžio GO lakštai buvo sujungti kaip mikrodalelės dėl didelio vidinio srauto, kaip aprašyta 2g paveiksle.

Tokia tendencija buvo ir tuščiavidurio pusrutulio struktūroje. Kaip parodyta 5a paveikslo schemoje, 1, 0 μm silicio dioksido granulės nusėda lašelių apačioje ir yra daug lėčiau gabenamos aukštyn nei GO lakštai, taigi granulės bus įterptos įgaubto rGO viduje. 5b paveiksle esantys skenavimo elektronų mikroskopijos vaizdai patvirtina, kad granulės buvo tik korpuso viduje. Didėjant granulių koncentracijai nuo 0, 5 iki 2 g l –1, įgaubto paviršiaus silicio karoliukai buvo tankesni. Naudojant 0, 5 μm silicio dioksido granules, rGO apvalkale atsirastų granulių gradientas dėl konvekcinio vidinio srauto, kuris kai kuriuos rutulius nešė aukštyn (5a paveikslas, vidurinė plokštė). Korpuso viduje galėjome pastebėti daugiau rutuliukų nei išoriniai, o skerspjūvio vidinėje apvalkalo dalyje buvo matyti tankiau supakuoti rutuliukai, tuo tarpu išgaubta pusė daugiausia buvo padengta rGO (5c paveikslas). Galiausiai, kai yra 0, 15 μm silicio dioksido granulių, GO ir granulės judesys link lašelių viršaus yra panašus, taigi granulės būtų tolygiai pasiskirsčiusios tuščiaviduriame pusrutulio rGO (5a paveikslas, apatinė plokštė). 5d paveikslas aiškiai parodo tolygų 0, 15 μm granulių pasiskirstymą tuščiaviduriame pusrutulio rGO apvalkale. Karoliukų koncentracijos kitimas retai paveikė granulių pasiskirstymą, tačiau tuščiavidurio pusrutulio rGO kreivumas sumažėjo didėjant granulių koncentracijai.

Image

Tuščiaviduriai pusrutulio rGO-SiO 2 kompozitai su kontroliuojamu vidiniu granulių pasiskirstymu. a ) tuščiavidurio pusrutulio rGO-SiO 2 surinkimo mechanizmo schema. ( b - d ) Tuščiavidurio pusrutulio rGO-SiO 2 skenavimo elektroninės mikroskopijos (SEM) atvaizdai keičiant rutulio dydį (atitinkamai 1, 0 μm ( b ), 0, 5 μm ( c ) ir 0, 15 μm ( d )). ir koncentracija (2, 1 ir 0, 5 gl −1 ). Lentelės etiketėje 1 ir 2 rodo atitinkamai silicio dioksido granulių koncentraciją ir vaizdo aspektus (vidinis, išorinis, skerspjūvis). Mastelio juosta ( b - d ): 5 μm.

Visas dydis

Susintetinti rGO-SiO 2 kompozitai gali būti toliau modifikuoti ištirpinant silicio dioksido granules vandenilio fluoro rūgštyje, gaunant porėtą struktūrą. Kadangi rutuliuko dydį ir pasiskirstymą galima valdyti taip, kaip aprašyta aukščiau, būtų galima pasiekti sudėtingą 3D rGO su koreguojamais porų dydžiais ir erdviniu pasiskirstymu. Kaip pavyzdys buvo pasirinkti rutuliniai ir tuščiaviduriai pusrutulio formos rGO-SiO 2 kompozitai, susintetinti su 0, 15 μm skersmens silicio dioksido granulėmis ir 2, 6 g l −1 koncentracija, ir atliktas šlapio ėsdinimo procesas granulėms pašalinti. 6a – h paveiksluose pavaizduoti akytos sferinės ir porėtosios pusrutulio rGO struktūrų skenavimo elektroninės mikroskopijos vaizdai. Kadangi mes panaudojome didelę silicio dioksido granulių koncentraciją, galėjome stebėti poras visame 3D rGO. Tokia porėta grafeno medžiaga turi didelį potencialą būti naudojama energijos kaupimo, katalizės, CO 2 surinkimo, adsorbcijos ir atskyrimo srityse. 5, 13, 33, 34

Image

Porėtos redukuoto grafeno oksido (rGO) mikrostruktūros, gaunamos išgraviruojant silicio dioksido granules. Nuskaitymo elektroninės mikroskopijos (SEM) vaizdai iš: a ) vidinio kreivumo ir b ) akytojo tuščiavidurio pusrutulio rGO skerspjūvio. CEM paviršiaus pavidalo ir ( d ) poringos rutulio rGO skerspjūvio nuotraukos. ( e - h ) Padidinti ( a - d ) SEM vaizdai. Mastelio juosta ( a - d ): 5 μm ir ( e - h ): 1 μm.

Visas dydis

Naujausiose ataskaitose buvo pristatytos unikalios grafeno paviršiaus plazmoninės savybės, o grafenas laikomas idealia medžiaga naujos kartos fotoniniam aparatui. 35 Kadangi grafeno plazmoninis reiškinys priklauso nuo jo storio ir formos, mes ypač domimės 3D porėtosios pusrutulio grafeno struktūros optinėmis plazmoninėmis savybėmis ir ištyrėme jos plazmoninį poveikį erdviniu ir spektriniu požiūriu, naudodami monochromuotą EELS aberacijoje. pataisytas STEM. Eksperimento detalės aprašytos papildomoje informacijoje S3. Mes nukreipėme į laisvą apvalkalą EELS žemėlapiams nustatyti (7b – e pav.), O EELS spektre rodoma π plazmono smailė esant 5, 4 eV ir π + σ plazmono smailė esant 24 eV, panaši į daugiasluoksnio grafeno (> 5 sluoksnių). ) dėl sukrautų rGO (7a pav.) 36, 37 . Teoriniai grafeno plazmono skaičiavimai ir jo koreliacija su mėginio storiu atskleidė, kad π plazmonas esant 4, 5 eV ir π + σ plazmonas esant 15 eV yra būdingas paviršiaus plazmonui, tuo tarpu π + σ plazmonas esant 25 eV rodo plazmono tūrį. 36, 37, 38

Image

Akytosios redukuotojo grafeno oksido (rGO) struktūrų optinis plazmoninis žemėlapis skenavimo perdavimo elektronų mikroskopija - elektronų energijos nuostolių spektroskopija (STEM – EELS). a ) EELS spektras, įgytas sutelkiant dėmesį į laisvą grafeno rutulį (raudona papildomo S2b paveikslo dėžutė). Raudonos, geltonos ir mėlynos juostos rodo energijos nuostolių intervalą atitinkamai 4, 9–5, 9, 14, 5–15, 5 ir 23, 5–24, 5 eV. b ) aukšto kampo žiedinio tamsaus lauko (HAADF) laisvos poros vaizdas akytos tuščiavidurio pusrutulio rGO krašto srityje (padidintas papildomo S2b paveikslo raudonos dėžės HAADF vaizdas). c ) 4, 9–5, 9 eV plazmono žemėlapis. d ) 23, 5–24, 5 eV plazmono žemėlapis. e ) 14, 5–15, 5 eV plazmono žemėlapis. Mastelio juosta ( b - e ): 10 nm.

Visas dydis

Čia mes panaudojome EELS žemėlapius su energijos nuostolių reakcija esant 5, 4, 15 ir 24 eV, kad galėtume išsamiai suprasti laisvo grafeno rutulio plazmonines savybes (papildomas S2b paveikslas, raudona dėžutė). Tikslinė 3D grafeno struktūra leido mums gauti EELS vaizdus tiek plonu storiu centre (vidinė 7b paveikslo dalis), tiek storu storiu kraštu (7b paveiksle esanti geltonos linijos artima riba) (žr. schemose papildomuose S2c ir d paveiksluose. Mes taip pat pažymėjome geltoną ribinę liniją tarp paviršiaus ir vakuumo, kad ištirtume atstumą nuo pašalinio sužadinimo, kuris rodo paviršiaus plazmonų egzistavimą. 39, 40, 41 EELS vaizdavimas naudojant 5, 4 eV signalą rodo aukštą plazmono intensyvumą centre, mažą intensyvumą krašte ir ilgą atskirtą plazmono sužadinimą, patvirtinantį, kad 5, 4 eV yra paviršiaus plazmonas (7c paveikslas). Esant 24 eV π + σ plazmonui, didelis plazmono intensyvumas krašte buvo rodomas trumpai pašalinant sužadinimą, kas rodo, kad 24 eV yra tūrinis plazmonas (7d pav.). Nors π + σ plazmono smailė esant 15 eV nebuvo aiški dėl plačios 24 eV smailės sutapimo 7a paveiksle, mes sukūrėme mažo praradimo atsako EELS vaizdą esant 15 eV, kad patikrintume intensyvumo pasiskirstymą šalia paviršiaus ( 7e pav.). Šiuo atveju buvo pastebėtas didelis plazmono intensyvumas kraštinėje dalyje (tūrinis plazmonas) ir, įdomu, palyginti ilgai egzistavo žymus sužadinimas kartu, reiškiantis paviršiaus plazmono charakteristikos buvimą. Ligos sužadinimo atstumo ir intensyvumo palyginimas aprašytas papildomoje informacijoje S4.

Pabaigoje mes pademonstravome 3D rGO architektūros įvairovę kontroliuodami vandeninio tirpalo difuzijos greitį mikrolašelių reaktoriuose. GO surinkimo schema buvo nustatyta manipuliuojant lašelių vidinio srauto laipsniu, todėl buvo galima gauti rutulio, rutulio, apvalumo ir tuščiavidurio pusrutulio rGO. Tuščiavidurio pusrutulio rGO dydis ir storis buvo suderinti pagal GO koncentraciją ir pH lašeliuose. Be to, jų kompozicijas su silicio granulėmis buvo galima paruošti kontroliuojamu vidiniu pasiskirstymu, o šlapiojo ėsdinimo proceso metu buvo pagaminamas porėtas 3D rGO. Pažymėtina, kad akytoje pusrutulio rGO struktūroje parodytas vietinis paviršiaus plazmonas, taip pat tūrinis plazmonas, kuris gali būti naudingas paviršiaus sustiprinto Ramano spektroskopijos, fotokatalizės, fototerminio keitiklio ir energijos kaupimo srityse.

Papildoma informacija

PDF failai

  1. 1.

    Papildoma informacija

    Papildoma informacija pridedama prie dokumento „NPG Asia Materials“ svetainėje (//www.nature.com/am)