石墨烯片层构筑而成的碳质纳米孔隙材料微观结构和电化学性质.pdfVIP

J．005 石墨烯片层构筑而成的碳质纳米孔隙材料：微观结构和电化学性质 扬全红1，唐致远 碳质多孔材料是电化学电容器和电化学传感器中常用的电极材料。一般认为，决定碳质 材料电化学性质的主要因素是比表面积和孔隙结构。本研究将视角转向碳质多孔材料的孔壁 结构(碳片层结构)，初步讨论碳质材料的孔壁结构对碳质纳米材料电化学性质和其他性质 的影响。 ，本研究将碳质纳米孔隙材料分为两类：第一类：纳米孔“炭”(类石墨微晶纳米炭材料， te—based porouscarbon，简称MGPC)，这种碳质材料经活化过程得到，由类石 micrographi 墨微晶随机组合而成，孔隙结构仅能在一定程度上进行控制。代表材料为活性炭和活性炭纤 维。第二类：纳米孔“碳”(石墨烯纳米孔材料，graphene—basedporouscarbon，简称GPC)， 这种材料通过碳原子在某种反应状态下组装而成。孔壁一般由结构比较完整的石墨烯片层构 成。代表性材料是碳纳米管和模板法制备得到的多孔材料，其孔隙结构可控。 两种碳质材料均可以在一定条件下获得超大比表面积(2000—4000m2／g)，很多性质却有 所不同。由于纳米孔“炭”由类石墨微晶构成，因此在相近比表面积下具有较高的活性比表 面积；而纳米孔“碳”由较为完整的石墨烯片层构成，因此具有较好的导电性，从而可能在 电化学电极上有更好的应用。纳米孔“炭”由乱层排列的石墨微晶构成，而纳米孔“碳”由 规则排列的石墨烯片层构成，因此吸附质在后者孔隙中的扩散阻力小于前者。所有这些“不 同”预示着两种碳质材料具有很多不同的性质和应用领域。本研究利用Raman、XRD、TEM、 AFM、XPS、ESR等对两种碳质材料的微观结构进行了系统比较研究；同时也对其不同的电化 学性质进行了分析比较；初步对乒微观结构和电化学性质进行了关联。初步研究结果表明， 纳米孔“碳”的电化学电容容量远高于相近比表面积的纳米孔“炭”；纳米孔“碳”表现出 良好的电化学传感器特性；某些特定结构的纳米孔“碳”表现出完全不同于相近比表面积纳 米孔“炭”的电化学特征。 本研究是教育部“新世纪优秀人才支持计划”资助项目，天津市“应用基础及前沿技术 研究计划”资助项目(07JCYBJCl5200)和天津大学“985”二期“杰出人才”引进项目。 。参考文献： 【l】YangQH，eta1．Nanotechnology，2007，18，571． QH，eta1．Carbon，in 【2】Yang press． a1．submitted． 【3】YangQH，et sheet-based carbons： Graphene nanoporous microstructureandelectrochemical properties Tang QtmnhongYang，Zhiyuan 3000 72，China,E-mail： (SchoolofChem．Eng．＆TechnoL，7Mnjin踟批，1ianjin qhyangcn@gu．edu．cn) 1联系人简介：杨全红，博七，教授，教育部“新世纪优秀人才”计划入选者。主要研究方向：新型炭材 料、纳米材料、绿色电源相关材料。