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一种模板辅助化学气相沉积制备二维超薄碳纳米筛

2022-01-10 来源:柳州机械信息网

一种模板辅助化学气相沉积制备二维超薄碳纳米筛

超级电容器是近年来倍受关注的新型储能器件之一,具有充放电时间短、功率密度高、循环寿命长及性能安全等优点。其中,电极材料的结构是决定超级电容器性能的关键。石墨烯纳米筛是一类新型超级电容器电极材料,二维面内具有较高的孔密度以及丰富的含氧官能团。利用纳米压印技术虽可制备石墨烯纳米筛,但工艺繁琐、产率较低;近年来发展的局部化学氧化技术可得到批量的石墨烯纳米筛,但难以控制二维面内的孔密度,且前驱体化学还原石墨烯缺陷多、易于团聚,导致电极材料表面积利用率低、离子扩散阻力大等问题;一定程度上制约了石墨烯纳米筛在超级电容器领域的应用。

最近陕西师范大学材料科学与工程学院雷志斌教授课题组与大连理工大学邱介山教授课题组合作,建立了一种模板辅助化学气相沉积制备二维超薄碳纳米筛的新方法。该方法利用二茂铁易于升华和易于热解的特性,以具有六方结构的MgAl-LDO为模板,在其表面同时沉积超薄碳层和~2 nm的超细Fe粒子,Fe粒子迅速转化为Fe2O3,并在随后的800 oC热解过程中,开始腐蚀周围的碳层,形成具有中空结构的“饼状”超薄碳纳米筛。纳米筛富含由微孔、1-6 nm及10-50 nm的中孔构成的多级孔道,通过改变沉积时间及热解条件,可对孔的密度、几何形状进行有效调控。研究表明,二维面内纳米孔有助于促进纳米孔边缘含氧官能团参与赝电容反应,且有利于电解质在垂直于二维平面内的传输,显著提高了电极材料的电容性能。

上述研究结果发表在近期出版的《Adv. Funct. Mater.》上(DOI: 10.1002/adfm.201502025),并被选为当期刊物的前内封面。

该研究得到了国家自然科学基金,陕西师范大学应用表面与胶体化学创新引智基地以及陕西省科技创新团队的支持。

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