作者:刁雯蕙 来源:中国科学报 发布时间:2024/2/23 15:00:51
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新技术实现常温常压制备高性能复合电极

 

2月14日,中国科学院深圳先进技术研究院联合深圳大学团队在《先进功能材料》期刊发表最新研究成果,开发了一种简单的电化学加工技术,在常温常压下即可制备高性能MXene/PDA复合电极,为构筑新一代高性能生物电子界面提供了新策略。

理想的生物电子界面通常要求生物电极满足低界面阻抗、优异的长期稳定性和生物安全性等实际要求,引入生物友好型纳米材料以增加有效表面积和相应的电化学性能是近年来常用的表面处理策略之一。目前的技术仍主要依赖于昂贵的材料和制造方案,无法实现大批量、规模化生产,严重限制了实际应用。

MXene是一类新的二维过渡金属碳化物/氮化物,与基底的粘附强度较低,通常将其作为掺杂成分之一或作为导电油墨,然后通过滴涂、旋涂、印刷等方式加工成所需的电极。目前的生物电子,特别是大多数植入式器件,依然使用金属基材作为导体。大多数关于原位沉积制备MXene电极的研究都集中在电催化等工业应用上,且大多采用碳材料作为衬底。

对此,研究人员开发一种低成本、温和的原位制备方法(常温常压、低电压、快速沉积),在金属衬底上获得稳定可靠的MXene复合生物电极,使其兼备高电化学性能(低阻抗、高电荷存储能力)和优异的光热/光电、生物性能,可普适于功能化生物电子接口。 

团队在前期基础上,采用循环伏安法沉积法在金属衬底上制备了PDA(聚多巴胺)粘附层,然后采用电泳沉积工艺在PDA层上制备MXene功能涂层,所得到的MXene/PDA复合电极具有较低的电化学阻抗,阴极电荷存储能力约为未修饰基底的140倍,电荷注入能力也显著增加。

该复合电极在经过1亿多次电脉冲刺激和1000次CV(循环伏安法)周期的连续电刺激下仍表现出优异的电化学稳定性。另外,该复合电极在近红外激光照射下具有高效且快速的光热响应。以及具备优异的光电化学活性,其光电流响应程度比裸电极高出近40倍,表现出优异的光电化学检测性能。 

由于优异的生物相容性,MXene/PDA复合生物电极也有望减轻神经系统并发症,这对植入式和其他生物医学应用具有较大吸引力。最重要的是,通过该策略制备的复合电极大大降低了成本,其他金属衬底,如钛、不锈钢等,也可采用类似的方式用MXene/PDA复合材料进行表界面修饰,具备较强的普适性。

相关论文信息: https://doi.org/10.1002/adfm.202312770

 
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