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复旦大学利用碳薄膜实现高效电化学传感
高分子科学前沿 / 时间:2021-04-15 10:07:29

高分子科学前沿4月15日讯:摘要:例如石墨烯这样的二维碳材料,因为有较大的横向尺寸和特定的分子结构而具有不同的理化特性。

例如石墨烯这样的二维碳材料,因为有较大的横向尺寸和特定的分子结构而具有不同的理化特性。其中具有高比表面积,大孔体积和优异电导率的中孔碳膜,被广泛应用在催化,储能和传感等众多领域。得益于超高的横纵比,人们认为构建高渗透的二维薄膜并使其在适当的时间进行处理是充分发挥其潜力的必要条件。得益于垂直介孔结构的高度可达性,学者们一直致力于构建垂直取向的中孔结构以实现高分子调节和直接运输。然而,目前主要依靠电化学辅助、强磁场或其他外部辅助手段来构建具有大垂直介孔通道的定向介孔膜的策略并不令人满意。研究者们开发了嵌段共聚物自组装的方法来制备二维介孔材料,该材料可以在没有外力帮助的情况下形成定向介孔通道。该方法被进一步扩展用于制备各种取向的介孔结构,如树枝状、梯形介孔。另外还有一些聚合物相分离的方法,但是这些方法局限于使用二氧化硅或者绝缘聚合物材料,这使得这样制备的介孔碳膜导电性较差从而限制了在电化学方向的探索。最重要的是,没有一种合成方法可以获得在单胶束水平上超高可控性的垂直介孔膜,主要是由于他们严格的要求和对自组装程序的了解不足。综上所述,通过一种简单可控的方法精确制备具有垂直介孔结构且导电性优异的有序介孔碳膜是非常必要的。

近日,复旦大学赵东元院士课题组设计了一种简单且通用的单胶束组装方法,用于精确控制在多种衬底上进行厘米级垂直有序介孔碳膜的合成。这种垂直介孔结构可以在固液界面上组装,使用两亲性三嵌段共聚物作为模板,多巴胺作为碳源以及三甲基苯作为融合剂和溶胀剂,并且介导单分子胶束融合成圆柱胶束。通过此法制备的介孔碳膜,具有优良的高介孔性,高比表面积(472 m2g–1),孔尺寸达到到9.1nm。这种定向组装过程可以在单胶束水平上进行高度调控,从而实现从单层到多层的介孔的精确厚度控制,以及从8.4到13.5nm的孔径控制。与传统的多孔碳膜传感器相比,有垂直介孔通道的碳膜具有高渗透性,由此展现出更低的检测极限(50 nmolL-1)和更高的多巴胺检测灵敏度。并且此方法具有普适性,适用于多种衬底和材料,有实现更多的潜在应用可能性,例如过滤、传感和催化。本文以“Precisely Controlled Vertical Alignment in Mesostructured Carbon Thin Films for Efficient Electrochemical Sensing”为题,发表在最新的《ACS NANO》上。

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文章亮点:

1. 通过简单的制备方法即可合成可控、有序以及垂直排列的厘米级介孔碳膜,并且方法具有普适性,适用于多种衬底和材料。

2.合成的介孔碳膜可以在单分子胶束水平上进行精准的高度调控,同时介孔的孔径也可以进行精准调控。

3. 合成的介孔碳膜拥有高比表面积(472 m2g–1)和极低的检测极限(50 nmolL-1)。


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