碳納米管及其與石墨烯復(fù)合材料宏觀體的制備與儲(chǔ)能性能.pdf

1、1991年，發(fā)現(xiàn)多壁碳納米管(MWCNT)后，在世界范圍內(nèi)，迎來(lái)繼C60之后再一次以碳材料為焦點(diǎn)的研究熱潮。一維的碳納米管(CNT)具有中空結(jié)構(gòu)和大比表面積，其力學(xué)性能及導(dǎo)電性能良好，所以它激起了學(xué)者們的興趣。在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用前景都甚是廣闊。二維的石墨烯(G)質(zhì)量輕盈，電學(xué)性能突出，導(dǎo)熱性好，比表面積大，以獨(dú)特性能吸引了研究者們的目光，且在先進(jìn)材料與器件中被廣泛運(yùn)用。雖然G和CNT電學(xué)和力學(xué)性質(zhì)相似，但兩者結(jié)構(gòu)不同也導(dǎo)致兩者有許多不同之

2、處。G片層垂直方向上電荷傳輸和電解質(zhì)擴(kuò)散效率低，CNT的曲率半徑較小，活性物質(zhì)在CNT上很難實(shí)現(xiàn)高密度負(fù)載，很容易形成很多邊界阻礙電荷的快速運(yùn)輸。因此它們?cè)趦?chǔ)能材料中的應(yīng)用受到了限制。所以，選擇合適的方法彌補(bǔ)兩者的缺陷，解決材料的不足，是我們考慮的方向。制備出三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)材料，不但能夠提高材料比表面積，同時(shí)還能改良其電化學(xué)性能，也能用其制備出滿(mǎn)足電化學(xué)超級(jí)電容器(electrochemical supercapacitor，ESC)需求

3、的性能優(yōu)越的電極。本文以CNT、G和兩者復(fù)合材料為主要研究對(duì)象，制備成ESC電極。測(cè)試并分析材料成分，了解其內(nèi)部孔洞結(jié)構(gòu)，觀察微觀形貌，表征電化學(xué)性能。表征方法包括:X-射線(xiàn)衍射(XRD)、激光拉曼光譜（Raman）、掃描電子顯微鏡（SEM）、氮?dú)馕摳椒治龅?電化學(xué)性能的表征方法包括:恒電流充放電測(cè)試、循環(huán)伏安測(cè)試、阻抗分析等。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴對(duì)碳納米管(CNT)進(jìn)行羧酸化處理，再采用回流—抽濾方法，制備得到CNT宏

4、觀體前驅(qū)體。二次生長(zhǎng)CNT后制備得到具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的碳納米管宏觀體(CNTNWS)，表征材料的電化學(xué)性能，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，CNTNWS的電化學(xué)性能更優(yōu)，其比容量可達(dá)到118F/g，且具有良好的穩(wěn)定性和循環(huán)壽命。⑵以泡沫鎳為基底，采用氣相沉積法(CVD)結(jié)合浸漬法，在制備的G表面生長(zhǎng)CNT得到宏觀體碳納米管/石墨烯(CNT/G)，觀察其形貌，將其組裝成模擬ESC電極，進(jìn)行電化學(xué)相關(guān)性能的測(cè)試。分析對(duì)比可知，CNT/G有著更優(yōu)異的電化學(xué)性能