view in publisher's site

Graphene-based materials with tailored nanostructures for energy conversion and storage

Intensive interest in graphene has centered on its unique 2D crystal lattice and remarkable properties that offer unique opportunities to address ever-increasing global energy demands. The past years have witnessed considerable advances in the fabrication of graphene-based materials and significant breakthroughs in advanced energy applications. In this Review, two methodologies for graphene production, namely, the bottom-up growth from hydrocarbon precursors and the top-down exfoliation of graphite (to graphene) and graphite oxide (to graphene oxide followed by reduction) are first summarized. The advantages and disadvantages of these methods regarding their accessibility, scalability, graphene quality, and inherent properties are compared. Particular attention is concentrated on tailored nanostructures, electronic properties, and surface activities of these intriguing materials. The preparation of graphene-based composites containing a wide range of active constituents (e.g., transition metals, metal oxides, and conducting polymers) by in-situ hybridization and ex-situ recombination is also discussed with an emphasis on their microstructures and hybrid architectures. This Review is devoted largely to current developments of graphene and its derivatives and composites in energy conversion (i.e., polymer solar cells, dye-sensitized solar cells, perovskite solar cells, and fuel cells) and energy storage (i.e., lithium-ion batteries and supercapacitors) on the basis of their intrinsic attributes in improving photovoltaic and electrochemical performance. By critically evaluating the relationship between the nanostructures and the device performance, we intend to provide general guidelines for the design of advanced graphene-based materials with structure-to-property tailored toward specific requirements for targeted energy applications. Lastly, the potential issues and the perspective for future research in graphene-based materials for energy applications are also presented. By summarizing the current state-of-the-art as well as the exciting achievements from laboratory research, this Review aims to demonstrate that real industrial applications of graphene-based materials are to be expected in the near future. (1346 references).

مواد مبتنی بر گرافن با نانوساختارهای مناسب برای تبدیل انرژی و ذخیره‌سازی

علاقه شدید به گرافن بر شبکه کریستالی دوبعدی منحصر به فرد آن متمرکز شده‌است و خواص قابل‌توجهی دارد که فرصت‌های منحصر به فردی را برای پرداختن به تقاضاهای رو به افزایش انرژی جهانی ارائه می‌دهد. در سال‌های گذشته شاهد پیشرفت‌های قابل‌توجهی در ساخت مواد مبتنی بر گرافن و پیشرفت‌های قابل‌توجهی در کاربردهای پیشرفته انرژی بوده‌ایم. در این مقاله، دو روش برای تولید گرافن، یعنی رشد از پایین به بالا از پری کورسورهای هیدروکربن و پوسته‌پوسته شدن از بالا به پایین گرافیت (به گرافن)و اکسید گرافیت (به گرافن اکسید و سپس احیا)، در ابتدا خلاصه شده‌اند. مزایا و معایب این روش‌ها با توجه به قابلیت دسترسی، مقیاس پذیری، کیفیت گرافن و خواص ذاتی آن‌ها مقایسه شده‌است. توجه خاصی بر روی نانوساختارهای مناسب، خواص الکترونیکی و فعالیت‌های سطحی این مواد جذاب متمرکز شده‌است. آماده‌سازی کامپوزیتهای مبتنی بر گرافن شامل طیف گسترده‌ای از ترکیبات فعال (به عنوان مثال، فلزات انتقالی، اکسیده‌ای فلزی و پلیمرهای رسانا)به وسیله هیبریداسیون در محل و بازترکیب در محل قبلی با تاکید بر ساختارهای ریز ساختار و ترکیبی آن‌ها مورد بحث قرار گرفته‌است. این بررسی تا حد زیادی به پیشرفت‌های فعلی گرافن و مشتقات و کامپوزیت‌های آن در تبدیل انرژی (یعنی سلول‌های خورشیدی پلیمری، سلول‌های خورشیدی رنگدانه‌ای، سلول‌های خورشیدی پروسکایت و سلول‌های سوختی)و ذخیره‌سازی انرژی (یعنی باتری‌های لیتیوم - یونی و ابرخازن‌ها)براساس ویژگی‌های ذاتی آن‌ها در بهبود عملکرد فتوولتاییک و الکتروشیمیایی اختصاص دارد. با ارزیابی انتقادی رابطه بین نانوساختارها و عملکرد ابزار، قصد داریم دستورالعمل‌های کلی برای طراحی مواد مبتنی بر گرافن پیشرفته با ساختار به ویژگی متناسب با الزامات خاص برای کاربردهای انرژی هدفمند ارائه دهیم. در نهایت، مسائل بالقوه و چشم‌انداز تحقیقات آینده در مواد مبتنی بر گرافن برای کاربردهای انرژی نیز ارائه شده‌است. با خلاصه کردن پیشرفت‌های اخیر و همچنین دستاوردهای هیجان‌انگیز تحقیقات آزمایشگاهی، هدف این مقاله نشان دادن کاربردهای صنعتی واقعی مواد مبتنی بر گرافن در آینده نزدیک می‌باشد. (۱۳۴۶ منبع).
ترجمه شده با

سفارش ترجمه مقاله و کتاب - شروع کنید

با استفاده از افزونه دانلود فایرفاکس چکیده مقالات به صورت خودکار تشخیص داده شده و دکمه دانلود فری‌پیپر در صفحه چکیده نمایش داده می شود.