石墨烯/碳纳米管阵列三维复合结构基超级电容器的制备及电化学表征

这里,证明了石墨烯/碳纳米管三维复合结构作为电极材料用于超级电容器。将碳纳米管垂直生长在石墨烯层上,可避免石墨烯层自聚集,同时具有高的活性表面积,以实现高的能量密度、比电容和功率密度。这里先通过低压化学气相沉积过程在硅基材上垂直生长碳纳米管阵列,随后,再通过低压化学气相沉积法将石墨烯层生长在碳纳米管垂直阵列顶部。拉曼光谱证实了碳纳米管的成功形成,随后有高质量石墨烯的生成。如此的石墨烯-碳纳米管三维复合结构表现出平均电容值为780 μF cm-2(100 mV s-1)。

Figure 1.在CNT上制备石墨烯层示意图。(a)沉积在Si基材上的3 μm厚Al的阳极化过程,形成AAO模板;(b)通过LPCVD过程生长CNTs;(c)Fe3O4纳米颗粒沉积在AAO模板上;(d)通过LPCVD过程生长石墨烯层;(e)在NaOH溶液中刻蚀AAO,最终获得CNT垂直阵列及其顶部的石墨烯层。

Figure 2.(a)CNTs垂直阵列的俯视FESEM图;(b)石墨烯和CNTs三维复合结构的横截面图;(c)刻蚀AAO后的三维复合结构的侧视图。

Figure 3.三维复合结构的Raman谱。该图中包含有一个宽的G带,不全的2D带和一个大缺陷峰(D带约在1380 cm-1处),这些证明了CNTs的存在。并且相对于石墨烯G带宽,其带宽增加。

Figure 4.三维复合结构在100 mV s-1扫速下的CV曲线。由该图计算而来的比电容值为780 μF cm-2。

该研究工作由Daniel Choi等人于2018年发表在Journal of Composite Materials期刊上。原文:Fabrication and electrochemical characterization of super-capacitor based on three-dimensional composite structure of graphene and a vertical array of carbon nanotubes(DOI: 10.1177/0021998318760154)

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责任编辑:马嘉悦
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