碳纳米管/石墨烯复合结构及其电化学电容行为
发布时间：2021-10-29 16:32
本文综述了超级电容器电极材料碳纳米管/石墨烯复合结构的制备方法,以及由该结构和赝电容活性物质形成的三元复合体系的电化学电容行为研究进展,并提出合理设计的碳纳米管和石墨烯复合结构可以有效发挥其高电导率、高比表面积和合理孔隙结构的优势,实现活性物质的高密度负载,从而获得具有高容量、良好倍率特性和长寿命的电化学超级电容器电极材料。
【文章来源】：化学进展. 2014,26(09)北大核心SCICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
各种储能器件的能量密度和功率密度的对比
?┓稚?液，再经过还原工艺即可获得碳纳米管/石墨烯复合材料。Cheng等［18］通过简单的搅拌制备了石墨烯/单壁碳纳米管复合薄膜。该复合材料的单电极分别在KCl电解质和TEABF4/PC电解质中进行电化学性能测试，分别得到290.6和201.0F/g的比容量，并且在有机电解液中，其能量密度可达62.8Wh/kg，功率密度为58.5kW/kg，相对于纯的石墨烯电极，该复合材料电极的能量密度和功率密度分别增大23%和31%。Zhang等［19］将氧化石墨烯与碳纳米管混合溶液经过简单的超声处理，再经还原获得石墨烯/碳纳米管复合材料(如图2所示)，利用氧化石墨烯和碳纳米管之间的π-π相互吸引堆垛作用，成功地将碳纳米管嵌入到石墨烯片层间，防止了石墨烯片层之间的重新堆叠。Peng等［20］采用液相合成法合成了多壁碳纳米管/石墨烯联通网络状结构的三维纳米结构，该三维网络结构大的比表面积以及高孔隙率使其在作为超级电容器电极材料时拥有优良的倍率特性和循环稳定性，同时，这种三维结构良好的稳定性使其有可能作为多功能柔性器件的优异导电网络。Lu等［21］利用简单的超声分散获得了三明治状的多壁碳纳米管/石墨烯复合结构薄膜。该复合薄膜在0.1A/g电流密度下，比电容可达265F/g，并拥有良好的倍率特性，在50A/g，电容量为最初的49%，经2000次充放电循环后，仍能保持原比电容的97%。图2(a)石墨烯/碳纳米管复合材料示意图;(b)石墨烯/碳纳米管的TEM图［19］Fig．2(a)Formationprocessofgraphene/CNTcomposites;(b)TEMimageofgraphene/CNT［19］Huang等［22］采用溶液浇铸法制备了氧化石墨烯/碳纳米管复合薄膜，碳纳米管嵌入石墨烯片层间，赋予了石墨烯大的电化学有效比表面积，并且3D网络的形成也有效提高了该复合材料的电
康怡然等:碳纳米管/石墨烯复合结构及其电化学电容行为综述与评论化学进展，2014，26(9):1562～1569·1565·完成石墨烯和碳纳米管的复合结构组装。Yu等［25］利用聚乙烯亚胺(PEI)修饰的表面荷正电石墨烯和经过酸处理后表面荷负电的碳纳米管进行自组装，形成的复合薄膜(如图3所示)拥有丰富的纳米孔道以及内部联通的网络结构，提供了快速电子和离子的导电通道，赋予复合材料优异的电化学性能，该电极材料在1V/s扫描速率下，比电容仍可高达120F/g。图3带正电荷的PEI-GN和负电荷的MWNT薄膜沉积过程示意图［25］Fig．3IllustrationofpositivelychargedPEI/grapheneandnegativelychargedcarbonnanotubefilmdepositionprocess［25］非共价静电组装工艺简单、容易合成，且碳纳米管和石墨烯彼此之间结合力强，可形成层层组装结构和良好的导电网络，使获得的复合材料拥有优异的电化学性能以及机械性质，因而是合成石墨烯/碳纳米管复合材料的重要方法之一。2.3原位生长法原位生长法一般采用化学气相沉积技术(CVD)，是制备碳纳米管/石墨烯复合材料常用的方法。该方法以石墨烯为基底［26］，将用于碳纳米管生长的纳米催化剂沉积在石墨烯表面［27］，然后通过化学气相沉积获得碳纳米管三维结构。通过该方法获得的复合结构可分为两类:一类是基于石墨烯粉体的碳纳米管三维结构生长，另一类是基于宏观电极的碳纳米管-石墨烯三维结构组装。对于前者，通常以石墨烯粉体作为基底，在其上以溶液法负载铁族元素金属或其盐粒子作为催化剂，之后以CVD工艺在其上生长碳纳米管垂直阵列。Kim等［28］以石墨烯为基底，以Ni为催化颗粒，采用常压CVD法制备碳纳米管生长在石墨烯平面外的石墨烯-Ni催化颗粒-碳纳米管三维结构的复合
【参考文献】：
期刊论文
[1]Carbon nanotube and conducting polymer composites for supercapacitors[J]. Daniel Jewell,George Z. Chen. Progress in Natural Science. 2008(07)
本文编号：3464997
【文章来源】：化学进展. 2014,26(09)北大核心SCICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
各种储能器件的能量密度和功率密度的对比
?┓稚?液，再经过还原工艺即可获得碳纳米管/石墨烯复合材料。Cheng等［18］通过简单的搅拌制备了石墨烯/单壁碳纳米管复合薄膜。该复合材料的单电极分别在KCl电解质和TEABF4/PC电解质中进行电化学性能测试，分别得到290.6和201.0F/g的比容量，并且在有机电解液中，其能量密度可达62.8Wh/kg，功率密度为58.5kW/kg，相对于纯的石墨烯电极，该复合材料电极的能量密度和功率密度分别增大23%和31%。Zhang等［19］将氧化石墨烯与碳纳米管混合溶液经过简单的超声处理，再经还原获得石墨烯/碳纳米管复合材料(如图2所示)，利用氧化石墨烯和碳纳米管之间的π-π相互吸引堆垛作用，成功地将碳纳米管嵌入到石墨烯片层间，防止了石墨烯片层之间的重新堆叠。Peng等［20］采用液相合成法合成了多壁碳纳米管/石墨烯联通网络状结构的三维纳米结构，该三维网络结构大的比表面积以及高孔隙率使其在作为超级电容器电极材料时拥有优良的倍率特性和循环稳定性，同时，这种三维结构良好的稳定性使其有可能作为多功能柔性器件的优异导电网络。Lu等［21］利用简单的超声分散获得了三明治状的多壁碳纳米管/石墨烯复合结构薄膜。该复合薄膜在0.1A/g电流密度下，比电容可达265F/g，并拥有良好的倍率特性，在50A/g，电容量为最初的49%，经2000次充放电循环后，仍能保持原比电容的97%。图2(a)石墨烯/碳纳米管复合材料示意图;(b)石墨烯/碳纳米管的TEM图［19］Fig．2(a)Formationprocessofgraphene/CNTcomposites;(b)TEMimageofgraphene/CNT［19］Huang等［22］采用溶液浇铸法制备了氧化石墨烯/碳纳米管复合薄膜，碳纳米管嵌入石墨烯片层间，赋予了石墨烯大的电化学有效比表面积，并且3D网络的形成也有效提高了该复合材料的电
康怡然等:碳纳米管/石墨烯复合结构及其电化学电容行为综述与评论化学进展，2014，26(9):1562～1569·1565·完成石墨烯和碳纳米管的复合结构组装。Yu等［25］利用聚乙烯亚胺(PEI)修饰的表面荷正电石墨烯和经过酸处理后表面荷负电的碳纳米管进行自组装，形成的复合薄膜(如图3所示)拥有丰富的纳米孔道以及内部联通的网络结构，提供了快速电子和离子的导电通道，赋予复合材料优异的电化学性能，该电极材料在1V/s扫描速率下，比电容仍可高达120F/g。图3带正电荷的PEI-GN和负电荷的MWNT薄膜沉积过程示意图［25］Fig．3IllustrationofpositivelychargedPEI/grapheneandnegativelychargedcarbonnanotubefilmdepositionprocess［25］非共价静电组装工艺简单、容易合成，且碳纳米管和石墨烯彼此之间结合力强，可形成层层组装结构和良好的导电网络，使获得的复合材料拥有优异的电化学性能以及机械性质，因而是合成石墨烯/碳纳米管复合材料的重要方法之一。2.3原位生长法原位生长法一般采用化学气相沉积技术(CVD)，是制备碳纳米管/石墨烯复合材料常用的方法。该方法以石墨烯为基底［26］，将用于碳纳米管生长的纳米催化剂沉积在石墨烯表面［27］，然后通过化学气相沉积获得碳纳米管三维结构。通过该方法获得的复合结构可分为两类:一类是基于石墨烯粉体的碳纳米管三维结构生长，另一类是基于宏观电极的碳纳米管-石墨烯三维结构组装。对于前者，通常以石墨烯粉体作为基底，在其上以溶液法负载铁族元素金属或其盐粒子作为催化剂，之后以CVD工艺在其上生长碳纳米管垂直阵列。Kim等［28］以石墨烯为基底，以Ni为催化颗粒，采用常压CVD法制备碳纳米管生长在石墨烯平面外的石墨烯-Ni催化颗粒-碳纳米管三维结构的复合
【参考文献】：
期刊论文
[1]Carbon nanotube and conducting polymer composites for supercapacitors[J]. Daniel Jewell,George Z. Chen. Progress in Natural Science. 2008(07)
本文编号：3464997
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