竹子启发出一篇《AFM》！
数百万年的进化赋予了大自然无数有趣的结构，使其具有与环境相适应的特定功能。对自然生物独特的“结构-功能”关系的理解启发了研究人员探索材料的潜力，通过向自然学习来解决当前对能源和环境技术的迫切需求。
来自昆士兰科技大学等单位的研究人员，受具有超快水和电解质传输特性的多层天然竹膜支持其超高速生长速率的启发，合理设计了具有特定梯度层间通道的2D-2D多层异质结构石墨烯基膜，以实现超快的层间离子传输。生物仿生异质结构膜具有多层层间距分布，紧密堆积的亚纳米层间距提供超快的混杂层间离子传输，而疏松堆积的外层通道由大到几微米的开放通道组成，有利于液体电解质的快速润湿和渗透。结合了大尺寸开放通道和纳米配置通道的优点，提供的超快电解质润湿、渗透和层间离子传输，为作为二次电池的独立电极提供了优越的容量。相关论文发表在《Advanced Functional Materials》。
论文链接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202100299
图1|天然竹膜的形态和电池中仿生电极的设计。
图2|生物激励膜的合成、形态和结构表征。
图3|仿生HP和LBL型膜的表面润湿性。
图4|生物激发的HP和LBL型膜中多级异质通道的离子传输特性。
图5|仿生HP和LBL型膜电极的电化学离子存储性能评估。
图6.石墨烯/Co3O4异质结在2D-2D夹层和跨层上离子输运行为的理论解释。
通过借鉴具有超高速水和电解质传输特性以支持其超高速生长速度的多层天然竹膜，本文推出了基于独立生物灵感的2D-2D多层异质结构石墨烯/Co3O4薄膜，其具有可剪裁的结构、表面粗糙度和润湿性，以及多层层间通道，其通过混合溶液过滤(HP)方法或逐层组装(LBL)方法构建而成。本文制备的仿生膜具有明显的层间间距分布，紧密堆积的膜层间距小于5 nm，孔道较大的外层膜层间距最大可达2200 nm。由于生物激励膜的多级通道有助于液体电解质通过较大通道的快速润湿和渗透，以及通过纳米通道的快速混合层间离子传输，因此生物激励膜（特别是高度调控的LBL型膜）实现了超湿行为和超快离子传输。将其应用于电化学锂离子储能装置中，表现出极大的容量、循环稳定性和高倍率性能，展示了这类具有可调控2D-2D多能级界面传输通道的仿生材料在下一代储能和转换装置中的应用前景。因此，本文的研究为我们设计高性能的能源材料提供了新的选择，更重要的是，通过学习大自然，为未来的材料创新铺平了道路。（文：SSC）