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Consequences of edge and substrate modifications on graphene electrochemistry

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Autor(es):
Bertaglia, Thiago ; Neubert, Tilmann J. ; Iost, Rodrigo M. ; Balasubramanian, Kannan ; Crespilho, Frank N.
Número total de Autores: 5
Tipo de documento: Artigo Científico
Fonte: CURRENT OPINION IN ELECTROCHEMISTRY; v. 50, p. 9-pg., 2025-01-25.
Resumo

The electrochemistry of graphene is dictated by its structural inhomogeneities, including defects, edges, and substrate interactions, along with its unique electronic properties. In this current opinion, we analyze how graphene's structural features influence its heterogeneous electron transfer (HET) kinetics. Graphene's low density of states (DOS) introduces quantum capacitance effects that dominate interfacial charge transfer near the charge neutrality point. Defects, such as vacancies and oxidized regions, create localized states that enhance HET rates, while excessive defects reduce conductivity. Graphene edges, show superior HET performance compared to the basal plane. Encapsulation techniques, such as hexagonal boron nitride, enable precise isolation of graphene edges, minimizing capacitive interference. Substrate engineering, including metallic hybridization and twisted bilayer graphene, further modulates graphene's electronic properties. These insights feature graphene's potential in biosensing, energy storage, and catalysis, while highlighting the need for precise defect control and substrate optimization to advance graphene-based electrochemical devices. (AU)

Processo FAPESP: 20/12404-2 - EMU concedido no processo 2018/22214-6, STM-in situ com Eletroquímica
Beneficiário:Frank Nelson Crespilho
Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa Equipamentos Multiusuários
Processo FAPESP: 22/09164-5 - Compreendendo os mecanismos de transferência de carga em sistemas biológicos e biomiméticos usando técnicas in-situ e operando: desde a ciência fundamental à aplicação na área energética
Beneficiário:Frank Nelson Crespilho
Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
Processo FAPESP: 23/08260-3 - Eletrodos multicamada baseados em grafeno para aplicações em baterias bioinspiradas
Beneficiário:Thiago Bertaglia
Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Doutorado Direto
Processo FAPESP: 22/06563-6 - Bioeletroquímica em Borda de Grafeno (Bio-GrEdge)
Beneficiário:Frank Nelson Crespilho
Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
Processo FAPESP: 18/22214-6 - Rumo à convergência de tecnologias: de sensores e biossensores à visualização de informação e aprendizado de máquina para análise de dados em diagnóstico clínico
Beneficiário:Osvaldo Novais de Oliveira Junior
Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
Processo FAPESP: 23/10667-4 - Bioengenharia de Metaloproteínas Bifuncionais Aplicadas na Produção de Produtos de Valor Agregado
Beneficiário:Rodrigo Michelin Iost
Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Programa Fixação de Jovens Doutores
Processo FAPESP: 20/03681-2 - Microbaterias orgânicas: utilizando hidrogéis e moléculas redox bioinspirados
Beneficiário:Thiago Bertaglia
Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto
Processo FAPESP: 23/01529-7 - Bioengenharia de metaloproteínas bifuncionais aplicadas na produção de produtos de valor agregado
Beneficiário:Frank Nelson Crespilho
Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
Processo FAPESP: 23/13288-4 - Desenvolvimento de Nanodispositivos Eletroquímicos
Beneficiário:Frank Nelson Crespilho
Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Pesquisa