华南理工考研(华南理工考研分数线2022)

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成果简介

功能性微孔层作为传质控制介质具有合理的结构和表面形貌以及高电导率，显著影响微型直接甲醇燃料电池（μDMFC）的性能。本文，受红树根的结构和多功能特性的生物启发，华南理工大学袁伟教授团队在《ACS Appl. Mater. Interfaces》期刊发表名为“Mangrove Root-Inspired Carbon Nanotube Film for Micro-Direct Methanol Fuel Cells”的论文，研究开发了一种基于磁控溅射和化学气相沉积的简单而通用的策略制备受红树根启发的碳纳米管薄膜（MR-CNTF）作为μDMFC的功能界面。

具有超轻质、高孔隙率和良好的导电性等特点。在合成过程中，确定了 CNTF 的顶点生长模型。结果表明，用作阴极微孔层的MR-CNTF可以显著促进氧气传输和水分管理。由于其多功能结构和优异的材料特性，无源μDMFC的峰值功率密度为 14.9 mW cm碳纳米管阵列。作者相信这种具有多功能结构的新型材料为燃料电池和其他能量存储和转换设备提供了广阔的应用前景。

图文导读

图1. (a) 红树林根系的形态和功能示意图。(b) MR-CNTF在微孔成分中的作用示意图，以及MR-CNTF作为MPL的制备过程。

图2. (a)热处理后沉积在 Al2O3表面的Fe纳米颗粒的SEM图像。(b)热处理后沉积在Al2O3表面上的Fe纳米颗粒的AFM图像。(c) Fe纳米粒子的尺寸分布。(d) CNT生长模型的示意图。

图3. (a,b) MR-CNTF 在不同放大倍率下的SEM图像。(c) 横截面CNTF的TEM图像。（d，e）不同放大倍率下的横截面CNTF的SEM图像。(f) CNTF的HRTEM图像及其 FFT 图像。(g) CNTF的拉曼光谱。(h) 单个CNT的TEM 图像。(i) TEM-EDX剖面的Fe元素。

图4. (a) MR-CNTF、CNTA和CB产品的孔隙率和电导率。(b)MR-CNTF、(c) CNTA和 (d)CB产品的表面接触角。

图5、不同MPL单电池的电化学性能材料在不同的甲醇浓度下：（a）MR-CNTF，（b）CNTA，和（c）CB。(d) MR-CNTF 和 CB 在不同甲醇浓度下的 OCV（顶部）和峰值功率密度（底部）图。(e) MR-CNTF和 CB在2M浓度下的电池性能比较。(f) 基于MR-CNTF的电池在 15、30、45、60 和 75% 的极限电流密度下与 2 M 甲醇和空气的动态响应曲线。

图6. 具有 (a) MR-CNTF、(b) CNTA 和 (c) CB 的 μDMFC 在不同甲醇浓度下的 EIS 曲线。(d) 不同样品在 2 M 浓度下测量的 EIS 数据的比较。(e) 等效电路。(f) MR-CNTF 和其他先前报道的研究的性能比较。

小结

在这项研究中，受红树根的形态和多功能特性的启发，通过磁控溅射和 CVD 成功设计和制造了 MR-CNTF。该过程可以进一步扩展以定制 CNTF 的表面形态和厚度。在 CNT 的生长过程中展示了 CNTF 的顶点生长模型。超轻质、高孔隙率和相对高的电导率的特性使得所制备的 MR-CNTF 适合作为 MPL 用于优化气体传输和水管理。作者相信使用这种新型 MR-CNTF也可以适用于其他高性能储能和转换设备。

文献：

https://doi.org/10.1021/acsami.2c03329

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