纤维素纤维的多功能柔性膜

基于氧化石墨烯/二氧化锡纳米复合材料和纤维素纤维的多功能柔性膜

作者：娜迪亚加里诺 安德里亚兰贝蒂 斯特凡诺斯塔西 米凯拉卡斯特里诺 马可丰塔纳 伊格那齐奥罗普波罗 阿德里亚诺萨科 法布里齐奥皮尔里 安娜丽莎奇帕

研究亮点：报告了一个完全绿色的过程，以获得一种多功能的、独立的、由纤维素微纤维和纤维素组成的膜，作为柔性电极的可能应用超级电容器并对压阻传感器进行了研究，表明了这种复合材料的巨大潜力。

还原石墨烯氧化物纳米复合材料(RGO/SnO)2)用微波辅助技术生产的微纤化产物被混合成不同量的微纤。RGO/SnO样品的FESEM表征2MFC 50%(图1)提供具有代表性的复合材料形貌图像(其他组合物见SI)。低放大率图像(图1(A)由于膜在微尺度上是连续的，因此可以清楚地表明纤维素微纤维作为粘结剂的作用是成功的。图1B呈现纳米级组分的形态，特别是细长的纤维素微纤维和褶皱的RGO片状。高倍率FESEM图像，如图1d，确认rgo片上游sno装饰。2 纳米粒子(平均尺寸约5纳米)，根据先前公布的结果[35]。关于rgo/sno，可以得出类似的结论。2不同比例的mfc复合材料，即33%和66%，edX元素图显示了Sn在所有样品中的均匀存在.

图1e和f报告详细情况表面分析用XPS对样品进行了50%和66%的测试(样品33%与50%相似)。调查光谱(未报告)显示C，O(均为rGO和纤维素基质)、Sn和N(存在于rGO/SnO中)。

图1. (A)、b)和d)rgo/SnO样品的FESEM图像2不同放大倍数下MFC 50%。(C)平面和弯曲条件下复合材料的图片。(E)rgo/SnO样品C1s区的XPS高分辨扫描2MFC 50%。(F)rgo/SnO样品C1s区的XPS高分辨扫描2MFC 66%。(G)rGO/SnO的Sn3d高分辨率扫描2：MFC 50%与原始rGO/SnO相比2样品(不含纤维素)。

如图所示图2a.所有被测样品在?0.2×?0.3 V与Ag/AgCl的范围内均出现特征还原峰，这无疑可归属于碱性溶液中氧的还原.48]。通过三种样品的伏安图比较，发现66 wt%催化剂的电流较大，其次是50 wt%和33 wt%的催化剂，即rGO/SnO含量较高。2可以得到更好的催化活性。此外，可以清楚地看到图2所有样品均具有明显的电容行为，阴极电流与阳极电流相差很大。特别是在rgo/sno含量最高的样品中，这种差异更为明显。

图2. (A)循环伏安图纳米复合材料不同RGO/SnO的样品2内容。(B)相应的转移电子数(在左轴上)和过氧化百分比(在右轴线上)(在嵌入中，报告所测量的环和盘电流)

图3a显示由10 mv s的扫描速率变化的循环伏安(在内嵌中报告)评估的比电容值。?1不超过1伏?1。低扫描速率下的CV曲线几乎呈矩形，说明复合材料具有良好的电容性。记录的充放电剖面电流密度(见图3(B)与CVS中观察到的电容行为相一致，验证充电过程可达1V。为了研究AS制备的柔性超级电容器的循环寿命，进行了长时间的cvs实验，结果表明rgo/sno。2：基于mfc的超级电容器在1000次循环后可保留其初始比容量的90%以上(见图3c)。

图3. a)比电容值超级电容器用66%的样本组装，由CVS(显示在附件中)评估，以改变扫描速率。(B)不同的静电充放电循环电流密度。(C)超级电容器的电容保持率(扫描速率等于1V s)?1).

在不同半径的圆柱体上弯曲所制备的试样，测试了复合材料在应力作用下的电阻行为。所有的RGO/SnO2：MFC复合材料报告了电阻的指数下降，增加了试样的弯曲应力(与圆柱体半径成反比)，如下所示图4。

图4. 不同复合材料试样在不同半径圆柱体上弯曲时的相对电阻变化。(内嵌)安装在半径为15毫米的圆柱体上的压阻试验样品的图像

结论

最后，我们提出了一种用于能源应用的独立式膜组装的完全绿色工艺。特别是，没有使用任何有害的前提来制备活性物质，而且是简单的。纤维素选择其为结构成分。此外，微波辅助合成确保水为基础的快速处理与低能源消耗而且重复性好。

当测试其ORR催化活性时，所制备的膜比在没有纤维素载体的原始活性物质上表现出更好的性能。根据XPS分析，这种行为的原因可以归因于H键纤维素与SnO之间2这一方面保证了膜组分之间的更强的相互联系，同时也导致了平衡数量的活性位点的存在。氧气还原过程。

此外，同样的材料也适用于柔性材料的应用。超级电容器和压阻装置。这些结果为基于绿色生产工艺的多功能柔性系统地开发开辟了道路。