将二维(2D)纳米材料组装成具有亚纳米(subnm)层间距的层流膜，为研究一系列纳米约束效应和探索与电子、离子和分子输运相关的技术应用提供了材料平台。然而，二维纳米材料重新堆叠成块状晶体状结构的强烈趋势使得在亚纳米尺度上控制它们的间距具有挑战性。因此，有必要了解在亚纳米尺度下可以形成什么纳米纹理，以及如何在实验上设计它们。在这项工作中，我们以致密的还原氧化石墨烯膜为模型系统，结合基于同步加速器的x射线散射和离子电吸附分析，揭示了它们的亚纳米级叠加可以导致亚纳米通道和石墨化簇的混合纳米结构。我们证明了这两个结构单元的比例，它们的大小和连通性可以通过还原温度的叠加动力学来设计，从而实现高性能紧密型电容储能。这项工作突出了二维纳米材料亚纳米级叠加的巨大复杂性，并提供了随意设计其纳米纹理的潜在方法。
图文简介
通过在HI溶液中20℃直接还原氧化石墨烯膜制备还原氧化石墨烯膜，并进行电吸附表征。(a)制备程序示意图。(b)显示hi还原氧化石墨烯膜截面的扫描电镜图像。(c)碳氧原子比的比较。(d)薄片电阻率图。(e)干燥还原氧化石墨烯膜的密度和平均层间距(dave)随还原时间的变化。(f)扫描速率为5.0 mV s-1时收集的CV曲线。(g)充电速率为1ag – 1和10ag – 1时的重量电容(Cwt-t)随还原时间的变化。(h)通过物理化学输运模型由Nyquist图得到的内阻(Rinternal)和扩散层阻(Rdiffuse)。(32) (i) Rinternal和Rdiffuse随还原时间的函数图。采用双电极结构，在1.0 M H2SO4中进行了电吸附表征。
不同还原时间hi还原氧化石墨烯膜的SAXS表征。(a)显示x射线束方向垂直于膜样品边缘的示意图(左上)，据此可以揭示沿膜横截面的结构信息(右上)。不同q范围下对应的二维SAXS模式(下)。(b)二维SAXS图按面积掩模方向平均提取的一维散射曲线(灰色高亮)。请注意，曲线偏移与任意强度值的视觉清晰度。(c)高q区(q ~ 0.5-2.5 Å-1)的Kratky图(Iq2 vs q)。(d) Kratky图中确定的两个相关距离([数学处理错误])的图。(e) γ相和π相两种结构单元的堆积高度(Lc)比较。(f)二维SAXS图按面积掩模在非定向方向上平均得到的一维散射曲线(橙色突出显示)。(g)氧化石墨烯膜还原过程中结构转变的示意图。
还原动力学对还原氧化石墨烯膜中纳米晶形成的控制。(a-b) rGO-3-6d, rGO-20-48h, rGO-70-10min，填料密度约为1.60 g cm-3, C/O约为5.0 (a)及其XRD谱图(b)。(C)由高T(左)和低T(右)还原的rGO膜结构模型方案。π相用蓝色标记，γ相用正方形标记。(d-f)三电极结构(参比电极:Ag/AgCl)还原氧化石墨烯膜的电化学表征。rGO-3-6d, rGO-20-48h, rGO-70-10min的Cwt-t随5 ~ 100 mV s-1扫描速率的变化。(d)在5 mV s -扫描速率下测量的CV曲线的Nyquist图(e)和电容贡献的比较
论文信息
论文题目：Subnanometric Stacking of Two-Dimensional Nanomaterials: Insights from the Nanotexture Evolution of Dense Reduced Graphene Oxide Membranes
通讯作者：墨尔本大学李丹
通讯单位：墨尔本大学
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