电子科大《Carbon》：FeSiAl微薄片上碳纳米管阵列的对称生长以提高锂离子电池容量

1成果简介 

由于合成的复杂性和高精度控制的难度，高纯度碳纳米管（CNT）阵列的高效和经济增长仍然是一个巨大的挑战。本文，电子科技大学材料与能源学院 简贤（通讯作者）等研究人员在《Carbon》期刊发表名为“Symmetrical growth of carbon nanotube arrays on FeSiAl micro-flake for enhancement of lithium-ion battery capacity”的论文，研究开发了一种使用FeSiAl微片催化剂直接对称生长CNT阵列的高产率生产方法。

FeSiAl微薄片结合了基材、缓冲层和催化剂的作用，在催化化学气相沉积 (CCVD) 过程中实现了297%的超高催化效率。在仔细考虑反应温度和时间后，研究了生长动力学和相应的机理。作为导电添加剂，碳纳米管阵列在高能量密度三元正极材料中具有优异的应用潜力。在5C时比放电容量平均约160mAhg-1 ，这代表了相对于市售导电添加剂 super p (SP) 的巨大改进。这种FeSiAl微片状催化剂为CNT阵列的大规模高效快速生长提供了一种新方法，在储能和微纳米器件领域具有潜在应用。

2图文导读  

图1。(a) FeSiAl微片上CNT阵列生长设备示意图；(b) CNT 阵列在 650 °C 下 60 分钟的 SEM图像；(c) 在 700 °C 下生长60分钟的CNT的HRTEM图像；(d) 温度与生长60分钟的CNT阵列长度的关系；(e) 生长60分钟的CNT阵列的拉曼光谱。

图2。(a) 30 分钟后的 CNT 阵列的 SEM 图像；(b) 45 分钟；(c) 60 分钟和 (d) 在700 °C 下 75 分钟；（f-e）在不同时间在 700°C 合成的 CNT 阵列的长度和拉曼光谱。

图3。(a-b) 纯化前 700 °C 下 60 分钟的 CNT 阵列的SEM图像和 C、Fe、Si 和 Al 的 EDS 元素映射图像；(c-d) CNT 阵列在 700°C 纯化后 60 分钟的 SEM 图像和 C、Fe、Si 和 Al 的 EDS 元素映射图像 。

图4。CNT阵列在（a-b）和（c-d）纯化后的HRTEM图像；(e) CNT阵列纯化前后的TGA曲线；纯化前后CNT阵列的拉曼（f）和XRD图（g）。

图 5。(a) 分散在 Si 板上的 FeSiAl 微薄片的 AFM 形貌；(b) 沿 (a) 中设置的选定红线方向的垂直距离；(c, d) FeSiAl微薄片的3D AFM图像；(c)中设置的(e)线1#和(f)线2#沿方向的垂直距离。

图6。(a) 碳纳米管阵列生长示意图；(b) 典型碳纳米管在 700 °C 下的内径分布；(c) 碳纳米管的 HRTEM 图像；(d) 在 600 °C、650 °C 和 700 °C 下随生长时间的 CNT 质量积累。

图7、CNT@Li-NCM和SP@Li-NCM的电化学性能

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文献：

https://doi.org/10.1016/j.carbon.2021.12.033

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来源：文章来自carbon网站，由材料分析与应用整理编辑。

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