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上海交通大學(xué)Zhuoqing Yang課題組--石墨烯/銅異質(zhì)結(jié)構(gòu)的電子轉(zhuǎn)移機(jī)理用于改善摩擦電納米發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定性
     從機(jī)械運(yùn)動(dòng)中收集能量已被證明是一種較好的策略,可以滿(mǎn)足自供電電子產(chǎn)品的要求。在這里,我們報(bào)道了一種基于石墨烯/銅異質(zhì)結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電極,這種柔軟且穩(wěn)固的電極是通過(guò)電沉積和旋涂工藝制造的,也被用于摩擦電納米發(fā)電機(jī)(TENG)的能量收集。通常,通過(guò)物理剝離制備的石墨烯分散體是通過(guò)旋涂工藝涂敷在基于PDMS的銅納米結(jié)構(gòu)上的。此外,我們提供了電子從石墨烯轉(zhuǎn)移到銅,并引發(fā)氧化銅的還原反應(yīng)的有利證據(jù)。石墨烯的功能是避免銅納米結(jié)構(gòu)的氧化,從而提高了石墨烯/銅異質(zhì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性并實(shí)現(xiàn)了其在摩擦電納米發(fā)電機(jī)中的應(yīng)用。我們闡述了相互作用機(jī)理,包括能壘,金屬功函數(shù)和石墨烯、銅、氧化物之間的電化學(xué)電勢(shì)差。通過(guò)檢測(cè)銅的化學(xué)狀態(tài)隨暴露時(shí)間的變化,來(lái)探測(cè)石墨烯/銅異質(zhì)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)化的穩(wěn)定性。還通過(guò)考察其用于TENG輸出電氣性能,評(píng)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(fā)的石墨烯的拉曼光譜:(c)PEG和(d)RGO,(c)中的插圖顯示了四個(gè)用于擬合PEG的2D峰的Lorentzians函數(shù)。PEG和RGO的XPS精細(xì)譜:(e)C 1s和(f)O 1s。 (g,h)石墨烯/銅異質(zhì)結(jié)構(gòu)的SEM圖像。(i)石墨烯/銅異質(zhì)結(jié)構(gòu)的XPS總譜以及各種元素的原子百分比。(j)石墨烯/銅異質(zhì)結(jié)構(gòu)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(jié)合能位置的偏移。示意圖說(shuō)明了石墨烯和多晶銅之間的功函數(shù)差異,并展示了從石墨烯到銅的電子轉(zhuǎn)移。
 

Figure 2. 各個(gè)樣品的Cu 2p3/2能級(jí)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(zhì)結(jié)構(gòu)的抗氧化性和脫氧性作用機(jī)制。 (b)
此機(jī)理參涉及到的電子轉(zhuǎn)移過(guò)程和化學(xué)反應(yīng)。

 
Figure 5. (a)基于皮膚的柔性單電極摩擦電納米發(fā)電機(jī)的示意圖和光學(xué)照片。基于石墨烯/Cu/PDMS的TENG的輸出特性:(b)輸出電壓;(c)電荷轉(zhuǎn)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(fù)載電阻的變化。(f)LED應(yīng)用:由TENG供電的藍(lán)色LED陣列。(g–i)靈活使用
皮膚基單電極摩擦電納米發(fā)電機(jī)。
 
      本研究于2020年由上海交通大學(xué)的 Zhuoqing Yang 課題組發(fā)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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