2013年11月29日 By MaterialsViews編輯部
雙電層對納米石墨材料穩定性的影響
納米石墨材料作為當前應用領域最廣的“明星”材料之一，擁有眾多家族成員，許多成員被譽為里程碑式的重大科學發現。如2004英國Manchester大學Geim等人發現的石墨烯、以及數十年來經久不衰的碳納米管等。納米石墨材料憑借其卓越的性能在鋰離子電池、燃料電池、超級電容器、太陽能電池、光催化等諸多熱點領域中都有著巨大的應用前景。但是納米石墨材料的電化學穩定性將會制約著整個電池或器件的壽命。這也是當前納米石墨材料運用所面臨的一個難題，如果能解決這一難題無疑將會促進新能源技術的快速發展。
近來，以武漢理工大學材料復合新技術國家重點實驗室為主要研究單位，木士春教授等研究學者針對納米石墨材料電化學氧化這一問題開展了深入的研究，取得了重要進展。研究結果表明，納米石墨材料在電解液中的穩定性與其自身一個重要的物理量即雙電層密切相關。在高電位加速實驗中，材料本身初始雙電層與被氧化程度二者之間成正比例關系。而納米石墨材料雙電層的大小，主要取決于材料的比表面積、導電性等特性，可以說是這些特性的一個直觀綜合體現。這一成果使得通過簡單方法快速比較納米石墨材料抗氧化性能成為可能。同時，研究還發現，碳納米管與石墨烯具有不同的氧化過程，碳納米管兩端被氧化速度明顯快于管壁，所以整個氧化過程顯示為從兩端開始，逐漸向中間氧化。石墨烯邊緣及缺陷部位碳原子被氧化速度較快。這是因為缺陷處碳原子存在懸鍵及結合其他官能團所引起的。基于納米石墨材料雙電層與抗氧化性二者之間的關系，他們進一步提出了一種有效提高納米石墨材料穩定性的新思路，即采用全氟磺酸功能聚合物修飾納米石墨材料以降低其雙電層厚度，進而提高納米石墨材料的穩定性。測試研究結果表明，全氟磺酸修飾碳納米管的雙電層降低后，其抗氧化性能較未改性之前提高三倍。該方法簡單且具有高度的可操控性。該工作中所采用的功能聚合物修飾納米石墨材料的方法，具有普適性，可以針對不同的應用要求，靈活地選擇功能聚合物，如聚苯胺等導電聚合物。這一成果將會在提高納米石墨材料穩定性方面具有重要的指導作用和潛在的應用價值。
Huaiguang Li, Niancai Cheng, Yao Zheng, Xiao Zhang, Haifeng Lv, Daping He, Mu Pan, Freddy Kleitz, Shi Zhang Qiao*, Shichun Mu*. Oxidation Stability of Nanographite Materials, Advanced Energy Materials, 2013, 3, 1176-1179.
新聞來源鏈接：http://www.materialsviewschina.com/2013/11/impact-of-electric-double-layer-graphite-stability-of-nanomaterials/