Dévoiler la frontière nanométrique : innover avec des électrodes modèles nanoporeuses

02 juin 2023 (Actualités Nanowerk) Des chercheurs de l'Université du Tohoku et de l'Université Tsinghua ont introduit un modèle d'électrode à membrane de nouvelle génération qui promet de révolutionner la recherche électrochimique fondamentale. Cette électrode innovante, fabriquée selon un processus méticuleux, présente une gamme ordonnée de géants creux nanotubes de carbone (gCNT) au sein d'une membrane nanoporeuse, ouvrant de nouvelles possibilités pour le stockage d'énergie et les études électrochimiques. L’avancée clé réside dans la construction de cette nouvelle électrode. Les chercheurs ont développé une technique de revêtement de carbone uniforme sur de l'oxyde d'aluminium anodique (AAO) formé sur un substrat en aluminium, la couche barrière étant éliminée. La couche résultante recouverte de carbone de manière conforme présente des gCNT alignés verticalement avec des nanopores allant de 10 à 200 nm de diamètre et de 2 µm à 90 µm de longueur, couvrant de petites molécules d'électrolyte jusqu'à de grandes matières bio-liées telles que des enzymes et des exosomes. Contrairement aux électrodes composites traditionnelles, ce modèle d'électrode autonome élimine le contact entre les particules, garantissant ainsi une résistance de contact minimale, élément essentiel pour interpréter les comportements électrochimiques correspondants. Modèle d'électrode à membrane montrant une large plage de contrôlabilité sur les dimensions des pores. (Image : Université du Tohoku) « Le potentiel de ce modèle d'électrode est immense », a déclaré le Dr Zheng-Ze Pan, l'un des auteurs correspondants de l'étude. "En utilisant l'électrode à membrane modèle avec sa vaste gamme de dimensions de nanopores, nous pouvons obtenir des informations approfondies sur les processus électrochimiques complexes qui se produisent dans les électrodes de carbone poreuses, ainsi que sur leurs corrélations inhérentes avec les dimensions des nanopores." De plus, les gCNT sont composés de composés empilés faiblement cristallins feuilles de graphène, offrant un accès inégalé à la conductivité électrique dans les parois en carbone faiblement cristallin. Grâce à des mesures expérimentales et à l'utilisation d'un système de désorption interne programmé en température, les chercheurs ont construit un modèle structurel à l'échelle atomique des parois de carbone faiblement cristallin, permettant des simulations théoriques détaillées. Le Dr Alex Aziz, qui a réalisé la partie simulation de cette recherche, souligne : « Nos simulations avancées fournissent une lentille unique pour estimer les transitions électroniques au sein des carbones amorphes, mettant en lumière les mécanismes complexes régissant leur comportement électrique. » Ce projet a été dirigé par le professeur Hirotomo Nishihara, chercheur principal du groupe Dispositifs/Systèmes de l'Institut avancé de recherche sur les matériaux (WPI-AIMR). Les résultats sont détaillés dans Matériaux fonctionnels avancés ("Électrodes à membrane nanoporeuse avec un réseau ordonné de nanotubes de carbone géants creux"). En fin de compte, l’étude représente une avancée significative dans notre compréhension des matériaux carbonés poreux à base amorphe et de leurs applications dans l’étude de divers systèmes électrochimiques.

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• La source: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=63098.php