大连化物所《Small》：多功能介孔聚苯胺/石墨烯纳米片，用于锌离子微电池和气体传感器

成果简介

智能便携式微设备的繁荣迫切需要一个先进的集成微系统，配备具有成本效益的安全微电池和超稳定的敏感传感器。然而，智能微器件的实际应用受限于功能单一的复杂活性材料。本文，中国科学院大连化学物理研究所冯亮研究员、吴忠帅研究员团队等在《Small》期刊发表名为“Multifunctional Mesoporous Polyaniline/Graphene Nanosheets for Flexible Planar Integrated Microsystem of Zinc Ion Microbattery and Gas Sensor”的论文，研究首次开发了一种在石墨烯上具有可控和均匀中孔的二维 (2D) PANI 纳米片三功能材料 (mPANI/G)，用于高度安全和低成本的智能集成系统，由无枝晶组成ZIMBs的阳极和高性能阴极，以及灵敏的气体传感器。

采用软模板方法，成功制备了由mPANI层构成的mPANI/G纳米片，mPANI层在石墨烯的两侧均生长有均匀的中孔（18 nm）。得到的二维 mPANI/G 纳米片显示出 30 nm 的平均厚度和 141 m 2  g -1的高比表面积。此外，以 mPANI/G 纳米片为阴极的 ZIMB 具有 78 mAh cm -3的高体积容量4000 次循环后容量保持率高达 97%。同时，与无孔PANI/G（<50 h, 300 mV）相比，2D mPANI/G纳米片通过浆料涂覆实现了更长的保质期（> 500 h）和较小的过电位（48 mV），用于构建无枝晶锌阳极。基于 ZIMB 和使用 mPANI/G 纳米片的气体传感器的功能集成系统显示出对 NH 3 的高传感响应（ 对于 20 ppm NH 3 ， Δ R / R 0 = 118% ），有助于形成具有功能的独立气体传感系统单个基板上的组件和微功率单元。因此，这项工作将为开发用于高性能智能集成微系统的多功能二维介孔材料提供许多机会。

图文导读

图1、2D mPANI/G 纳米片的制造过程示意图

图2、二维 mPANI/G 纳米片的形态和微观结构

图3、无枝晶 Zn@mPANI/G 阳极的性能。

图4、平面 mPANI/G-ZIMB 和 PANI/G-ZIMB 的制备和电化学性能

图5、平面mPANI/G-ZIMBs-传感器集成微系统的制造和集成性能

小结

本文报道了一种软模板策略，可控制制备二维 mPANI/G 纳米片作为平面集成系统中无枝晶锌阳极和锌离子微电池和NH3传感器的三功能活性材料。这项工作揭示了二维聚合物材料在集成微系统中的多种功能，可以有效降低成本并大大简化制造工艺。

文献：https://doi.org/10.1002/smll.202200678