华中科大团队在富勒烯衍生物原位生长CNT复合材料研究中取得进展

成果简介

通过释放富勒烯的固有优势，如五边形缺陷和π电子碳，制备了具有优异电化学性能的碳基材料。据我们所知，富勒烯衍生的碳纳米管（CNT）及其电化学行为尚未经过实验研究。本文，华中科技大学Ping Peng、李芳芳 教授团队在《ACS Appl. Mater. Interfaces》期刊发表名为“Fullerene-Derived Carbon Nanotubes and Their Electrocatalytic Properties in Oxygen Reduction and Zn–Air Batteries”的论文，研究通过使用Fe修饰的富勒烯（二茂铁基吡咯烷C60）作为前体，NH3作为热解气氛，通过自催化过程实现了从富勒烯原位生长CNT复合材料。

结果表明，富勒烯中的原位Fe掺杂、富勒烯分子的自组装、热解温度和NH3流动在碳纳米管的生成中起着至关重要的作用。所制备的 MN7-10/3 CNT复合材料表现出有效的氧还原性能，与RHE相比， E1/2 = 0.82V 和E on= 1.02V。基于MN7-10/3构建的柔性固态锌空气电池表现出优异的功率密度（在 180.9 mA cm -2 时为 109.3 mW cm -2 ）和长期耐用性（电压保持在初始电压的 95.6%）放电 5000 秒后的值）与基准 Pt/C催化剂的比较。Fe修饰的富勒烯向碳纳米管的转变揭示了富勒烯的新功能，并展示了一种新的碳纳米管固态合成方法。

图文导读

方案1. 从富勒烯衍生物Fe-C60原位生长到碳纳米管的说明

图1. (a1) MN6-10/3、(b1) MN7-10/3 和 (c1) MN8-10/3 的 SEM 图像和 (a2) MN6-10/3、(b2) MN7-10/3 的TEM图像，和 (c2) MN8-10/3。(d) MN6-10/3、MN7-10/3和 MN8-10/3 的 XRD 图谱。

图2.CNT复合材料的电化学性能

图3.MN7-10/3-A 选定区域的HAADF-STEM图像以及 (a2) 铁、(a3) 氮和 (a4) 铁和氮覆盖层的相应 EDX 元素映射和LSV曲线

图4、具有稳健ORR响应的MN7-10/3通过柔性固态锌空气电池的评估

小结

总之，首次通过自催化过程实现了从Fe改性富勒烯到 CNT 复合材料的原位生长。高退火温度、还原气氛和组装工艺对固态CNT的成功生长起着决定性作用。通过轻松调节退火温度，可以合成具有不同形态的碳纳米管。受益于 CNT 结构，以及大表面积和高导电性，MN7-10/3 在ORR方面表现出卓越的性能。本研究不仅开发了一种新的CNT生长方法，而且为电化学活性材料的制备提供了新的策略。

文献：

https://doi.org/10.1021/acsami.2c10387