碳納米管及其與石墨烯復合材料宏觀體的制備與儲能性能.pdf

1、1991年，發(fā)現(xiàn)多壁碳納米管(MWCNT)后，在世界范圍內，迎來繼C60之后再一次以碳材料為焦點的研究熱潮。一維的碳納米管(CNT)具有中空結構和大比表面積，其力學性能及導電性能良好，所以它激起了學者們的興趣。在各個領域的應用前景都甚是廣闊。二維的石墨烯(G)質量輕盈，電學性能突出，導熱性好，比表面積大，以獨特性能吸引了研究者們的目光，且在先進材料與器件中被廣泛運用。雖然G和CNT電學和力學性質相似，但兩者結構不同也導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擴散效率低，CNT的曲率半徑較小，活性物質在CNT上很難實現(xiàn)高密度負載，很容易形成很多邊界阻礙電荷的快速運輸。因此它們在儲能材料中的應用受到了限制。所以，選擇合適的方法彌補兩者的缺陷，解決材料的不足，是我們考慮的方向。制備出三維網(wǎng)絡結構材料，不但能夠提高材料比表面積，同時還能改良其電化學性能，也能用其制備出滿足電化學超級電容器(electrochemical supercapacitor，ESC)需求

3、的性能優(yōu)越的電極。本文以CNT、G和兩者復合材料為主要研究對象，制備成ESC電極。測試并分析材料成分，了解其內部孔洞結構，觀察微觀形貌，表征電化學性能。表征方法包括:X-射線衍射(XRD)、激光拉曼光譜（Raman）、掃描電子顯微鏡（SEM）、氮氣吸脫附分析等;電化學性能的表征方法包括:恒電流充放電測試、循環(huán)伏安測試、阻抗分析等。
　　本研究主要內容包括：⑴對碳納米管(CNT)進行羧酸化處理，再采用回流—抽濾方法，制備得到CNT宏

4、觀體前驅體。二次生長CNT后制備得到具有網(wǎng)絡結構的碳納米管宏觀體(CNTNWS)，表征材料的電化學性能，分析實驗數(shù)據(jù)可知，CNTNWS的電化學性能更優(yōu)，其比容量可達到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)結合浸漬法，在制備的G表面生長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，進行電化學相關性能的測試。分析對比可知，CNT/G有著更優(yōu)異的電化學性能