摘要Credit: Journal of the American Chemical Society (2024).DOI: 10.1021/jacs.4c03464
三层材料可能比双层材料更适合制造，可提高电化学和电催化设备的速度和容量。
扭曲堆叠的三层石墨烯具有与 “魔角 “双层石墨烯类似的高导电性，但更易于制造–电子转移速度更快。这一发现可以改进纳米电化学设备或电催化剂，从而推进能量存储或转换。
石墨烯–以六边形晶格排列的单层碳原子–具有独特的性能，包括高表面积、优异的导电性、机械强度和柔韧性，这使得这种二维材料成为提高能量存储速度和容量的有力候选材料。
将两片石墨烯扭转 1.1° 角（被称为 “魔幻角”），可形成 “平带 “结构，这意味着不同动量值范围内的电子都具有大致相同的能量。因此，在平带的能级上，电子的状态密度或可占据的能级会出现一个巨大的峰值，从而增强导电性。
最近的研究通过实验证实，当扭曲双层石墨烯与适当的氧化还原对偶配对时，可以利用这些平带来提高电荷转移反应性–氧化还原对偶是一组配对的化学物质，通常用于能量存储，在电池电极之间穿梭电子。
根据密歇根大学研究人员最近一项研究中的电化学活动模型，与双层石墨烯相比，添加额外一层石墨烯制成扭曲三层石墨烯能产生更快的电子转移。
“我们在扭曲三层石墨烯中发现了高度灵活和增强的电荷转移反应性，这种反应性并不局限于特定的扭曲角度或氧化还原对偶，”发表在《美国化学学会杂志》上的这项研究的通讯作者、航空航天工程副教授 Venkat Viswanathan 说。
堆叠三层石墨烯引入了额外的扭曲角度，在小角度扭曲处产生了 “不对称”，即非重复图案–这与形成重复图案的双层石墨烯不同。从本质上讲，当添加第三层时，六边形晶格并不能完全对齐。
在室温下，这些非重复图案的角度范围更广，远离平带的态密度很高，从而提高了导电性，与在魔幻角度下预测的导电性相当。
“该研究的第一作者、机械与航空航天工程博士生穆罕默德-巴巴尔（Mohammad Babar）说：”这一发现使制造变得更容易，避免了确保双层石墨烯所需的精确扭曲角度这一难题。
下一步，研究人员计划在实验中验证这些发现，并有可能发现多层扭曲二维材料在氧化还原反应和电催化等多种电化学过程中具有更高的活性。
“我们的工作开辟了二维材料动力学的新领域，捕捉到了同相和异相结构的电化学特征。我们现在可以确定三层石墨烯中特定氧化还原反应的电荷转移反应性的最佳平衡，”Babar 说。
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Mohammad Babar et al, Twisto-Electrochemical Activity Volcanoes in Trilayer Graphene, Journal of the American Chemical Society (2024). DOI: 10.1021/jacs.4c03464
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