Schematische illustratie en elektronenmicroscopiekarakterisering van eendimensionale heterostructuren van SWNT-begrensde polyoxometalaatclusters. Krediet: Wang Xiao
Koolstofnanobuisjes (CNT’s) worden beschouwd als ideale materialen voor elektrochemische energieopslag vanwege hun hoge elektrische geleidbaarheid, groot theoretisch oppervlak en goede chemische stabiliteit.
CNT’s hebben echter de neiging om te aggregeren vanwege sterke van der Waals-krachten, waardoor hun elektrochemisch actieve gebied wordt verkleind. Dit probleem is nog erger voor enkelwandige koolstofnanobuisjes (SWNT’s) vanwege hun hoge lengte-tot-diameterverhouding.
Onlangs heeft een gezamenlijk onderzoeksteam onder leiding van Dr. Wang Xiao van het Shenzhen Institute of Advanced Technology (SIAT) van de Chinese Academie van Wetenschappen, Dr. Zhu Sheng van de Universiteit van Shanxi en Prof. Li Yan van de Universiteit van Peking gastmoleculen van polyoxometalaat ingekapseld. binnen SWNT’s (met een diameter van ongeveer 1,4 nm) om de elektrochemische energieopslag van CNT’s te verbeteren.
De studie is gepubliceerd in Cel meldt natuurkunde op 8 juni.
Vanwege het opsluitingseffect van CNT’s vormen polyoxometalaatmoleculen eendimensionale kettingachtige structuren in de CNT-holte. Dergelijke goed gedefinieerde polyoxometalate @ SWNT-hybriden zijn veelbelovend als kandidaten voor elektrodemateriaal voor supercondensatoren.
De elektronenoverdracht van CNT’s naar polyoxometalaten vermindert de oppervlakteladingsdichtheid van nanobuisjes, wat vervolgens de van der Waals-krachten verzwakt en aggregatie onderdrukt. Dienovereenkomstig vertonen SWNT’s gevuld met polyoxometalaten een groter elektrochemisch actief gebied en een hogere dubbellaagse capaciteit.
Polyoxometalaatmoleculen kunnen pseudocapaciteit bieden door middel van omkeerbare redoxreacties, waardoor de capacitieve prestaties van de polyoxometalaat@SWNT-hybriden worden verbeterd. Met name het opsluitingseffect van CNT’s verbetert de fietsstabiliteit van ingekapselde polyoxometalaten aanzienlijk.
Als gevolg hiervan vertoont dit eendimensionale hybride materiaal verbeterde elektrochemische energieopslageigenschappen, met een specifieke capaciteit van 328,6 farad per gram (bij 10 millivolt per seconde), wat hoger is dan die van pure SWNT’s (172,2 farad per gram). Bovendien behoudt de geassembleerde supercondensator een capaciteitsbehoud van 91,3% na 10.000 cycli.
“Onze studie biedt waardevolle inzichten in het onderzoek naar het opsluitingseffect van CNT’s, dat een enorm potentieel biedt voor het benutten van hoogwaardige energieopslag- en conversiematerialen”, zei Dr. Wang Xiao, een overeenkomstige auteur van de studie.
Meer informatie:
Sheng Zhu, eendimensionale heterostructuren van in polyoxometalaten ingekapselde koolstofnanobuisjes voor verbeterde capacitieve energieopslag, Cel meldt natuurkunde (2023). DOI: 10.1016/j.xcrp.2023.101446. www.cell.com/cell-reports-phys … 2666-3864(23)00225-4
Tijdschrift informatie:
Cel meldt natuurkunde
Aangeboden door de Chinese Academie van Wetenschappen
