氧化石墨烯在新能源材料的應用

　　石墨烯是一種由碳原子構成蜂巢晶體的單層片狀結構------早是在2004年由曼徹斯特大學(xué)的Andre Geim 和 Kostya Novoselov發(fā)現，并因此共同獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎。

　　目前，市場(chǎng)上大部分太陽(yáng)能電池采用銦錫氧化玻璃作為非導電保護層。Hunt分析并表示道："稀缺資源銦有限的儲量，使太陽(yáng)能電池越來(lái)越昂貴------這極大的限制太陽(yáng)能電池在未來(lái)的發(fā)展前景，相反碳豐富的儲量使石墨烯非常便宜。"

　　Hunt闡述道："令人難以置信的薄，使石墨烯具有極高的透明度。同時(shí)還具有遠遠超過(guò)銅的極高的電導率和優(yōu)于鋼的抗拉強度。并且，在空氣中不會(huì )被氧化。不會(huì )被腐蝕，性能也不會(huì )隨時(shí)間而退化------性質(zhì)非常穩定".而這些性質(zhì)使得石墨烯成為太陽(yáng)能電池材料的一個(gè)非常好的選擇。尤其是，其超高的透明度和導電率很好地解決了太陽(yáng)能電池應用中的兩大問(wèn)題：首先，提供了光轉化為可用能源時(shí)需要的良導體;其次，解決了光高效率通過(guò)電池而所需要的透明度。

　　但盡管石墨烯是一個(gè)非常棒的導體，卻不能充分利用太陽(yáng)能電池內產(chǎn)生的電流?？蒲腥藛T正在研究如何"改造"石墨烯使其變得更加實(shí)用。對于石墨烯，Hunt 發(fā)現將氧元素摻雜到碳結構的晶格中后，使其電導率在很大程度上下降，但透明度和儲存電荷能力顯著(zhù)增強了。是否能夠解決太陽(yáng)能電池板的問(wèn)題仍有待觀(guān)察。而且該領(lǐng)域的研究人員正在探索這種新材料的工作原理。

　　Hunt利用加拿大光源(CLS)的REIXS和SGM 光束線(xiàn)和先進(jìn)光源(LAS)的中的Beamline 8.0.1進(jìn)行了X光散射分析，了解附加了含氧官能團的石墨烯晶格的變化--------特別是它們是如何與帶電石墨烯原子相互作用的。

　　"氧化石墨烯結構相當混亂。很難用簡(jiǎn)單的模型來(lái)模擬它復雜的結構，但是我想構建出可以真正反映氧化石墨烯復雜結構的模型，并借此了解它自身不同部分的相互作用".對Hunt而言，以前的模型過(guò)于簡(jiǎn)單。

　　在氧化石墨烯中每一個(gè)不同部分都具有獨特的電子信號。利用同步加速器，Hunt可以檢測出石墨烯上電子的位置，以及如何運用不同的含氧官能團來(lái)"修飾"這些電子。他也指出，盡管先前的模型是不正確的，但他希望其有助于理解一些微小氧化對石墨烯的影響。

　　此外，他還研究了氧化石墨烯的衰落變化。發(fā)現了在氧化石墨烯中一些含氧官能團是不穩定的，可以結合在一起并撕裂晶格;而其它則可以進(jìn)行反應生成水。并且在氧化石墨烯設備中如果有水存在，加熱后會(huì )使氧化石墨烯產(chǎn)生二氧化碳。而長(cháng)時(shí)間的太陽(yáng)照射為氧化石墨烯太陽(yáng)能電池提供了這樣不利的熱。

　　Hunt表示："更多關(guān)于這類(lèi)研究將成為在太陽(yáng)能電池中利用石墨烯的關(guān)鍵。這是一個(gè)隨著(zhù)時(shí)間推移的復雜連鎖反應，在我們能取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展之前每一個(gè)步驟都需要解決和分類(lèi)。"