Svelare la frontiera della nanoscala: innovazione con elettrodi modello nanoporosi

Svelare la frontiera della nanoscala: innovazione con elettrodi modello nanoporosi

Timestamp: 2 giugno 2023 5:13
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02 giugno 2023 (Notizie Nanowerk) I ricercatori della Tohoku University e della Tsinghua University hanno introdotto un modello di elettrodo a membrana di nuova generazione che promette di rivoluzionare la ricerca elettrochimica fondamentale. Questo elettrodo innovativo, fabbricato attraverso un processo meticoloso, mostra una serie ordinata di giganti cavi nanotubi di carbonio (gCNT) all'interno di una membrana nanoporosa, aprendo nuove possibilità per l'immagazzinamento di energia e studi elettrochimici. La svolta decisiva sta nella costruzione di questo nuovo elettrodo. I ricercatori hanno sviluppato una tecnica di rivestimento uniforme del carbonio sull'ossido di alluminio anodico (AAO) formato su un substrato di alluminio, eliminando lo strato barriera. Lo strato risultante rivestito in modo conforme al carbonio mostra gCNT allineati verticalmente con nanopori che vanno da 10 a 200 nm di diametro e da 2 µm a 90 µm di lunghezza, coprendo piccole molecole di elettroliti fino a grandi questioni biocorrelate come enzimi ed esosomi. A differenza degli elettrodi compositi tradizionali, questo modello di elettrodo autoportante elimina il contatto tra le particelle, garantendo una resistenza di contatto minima, essenziale per interpretare i comportamenti elettrochimici corrispondenti. Elettrodo a membrana modello che mostra un'ampia gamma di controllabilità sulle dimensioni dei pori Elettrodo a membrana modello che mostra un'ampia gamma di controllabilità sulle dimensioni dei pori. (Immagine: Università di Tohoku) "Il potenziale di questo elettrodo modello è immenso", ha affermato il dottor Zheng-Ze Pan, uno degli autori corrispondenti dello studio. "Utilizzando il modello dell'elettrodo a membrana con la sua vasta gamma di dimensioni dei nanopori, possiamo ottenere informazioni approfondite sugli intricati processi elettrochimici che traspirano all'interno degli elettrodi di carbonio porosi, insieme alle loro correlazioni intrinseche con le dimensioni dei nanopori." Inoltre, i gCNT sono composti da impilati a bassa cristallinità fogli di grafene, offrendo un accesso senza precedenti alla conduttività elettrica all'interno delle pareti di carbonio a bassa cristallinità. Attraverso misurazioni sperimentali e l'utilizzo di un sistema di desorbimento interno a temperatura programmata, i ricercatori hanno costruito un modello strutturale su scala atomica delle pareti di carbonio bassocristallino, consentendo simulazioni teoriche dettagliate. Il dottor Alex Aziz, che ha effettuato la parte di simulazione per questa ricerca, sottolinea: “Le nostre simulazioni avanzate forniscono una lente unica per stimare le transizioni elettroniche all’interno dei carboni amorfi, facendo luce sugli intricati meccanismi che ne governano il comportamento elettrico”. Questo progetto è stato guidato dal Prof. Dr. Hirotomo Nishihara, il ricercatore principale del gruppo dispositivi/sistemi presso l'Istituto avanzato per la ricerca sui materiali (WPI-AIMR). I risultati sono dettagliati in Materiali funzionali avanzati ("Elettrodi a membrana nanoporosa con una serie ordinata di nanotubi di carbonio giganti cavi"). In definitiva, lo studio rappresenta un significativo passo avanti nella nostra comprensione dei materiali di carbonio porosi a base amorfa e delle loro applicazioni nell’analisi di vari sistemi elettrochimici.

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