北京大学《AFM》：碳纳米管上的共价键合石墨烯片：直接生长和优异性能

成果简介

将一维碳纳米管（CNTs）和二维石墨烯与共价键集成可以继承两种组分的优异性能并获得额外的优势。本文，北京大学 李彦 教授团队在《Adv Funct Mater》期刊发表名为“Covalently Bonded Graphene Sheets on Carbon Nanotubes: Direct Growth and Outstanding Properties”的论文，研究报道了通过普通化学气相沉积法制备共价键合石墨烯/CNT（G/CNT）结构的方法。

具体来说，碳纳米管侧壁上的预合成缺陷充当石墨烯片生长的成核位点，形成分支-叶结构。叶状石墨烯限制了碳纳米管的滑动和重新堆叠，赋予G/CNT杂化物表现出石墨烯或碳纳米管中不存在的优异的抗团聚性能。此外，石墨烯片和碳纳米管的共价键合结构和高石墨化程度显著增强了G/CNT杂化材料的综合性能，如大比表面积、优异的热稳定性和高导电性。因此，与碳纳米管相比，G/CNT的微波吸收性能显著增强。本工作为合成高性能共价键合G/CNT杂化物提供了可行的途径。

图文导读

图1、G/CNT的制备工艺及形貌

图2、研究影响G/CNT形貌的合成参数,不同 NH3 刻蚀时间下 G/CNT-0.5 h 的 TEM 图像

图3、G/CNT石墨化程度的表征

图4、G/CNT-3 h的抗团聚性能

图5、a) CNT 和 G/CNT-3 h 粉末的导电率与压力的关系。b) CNT和 c) G/CNT-3 h 在 2-18 GHz 频率范围内的RL值的二维等值线图。d) 1.5毫米处 G/CNT-3 h 和 0.8 毫米处CNT的RL图。

小结

作者通过普通的 CVD 方法合成了由石墨化碳共价键合到 CNT 上的石墨烯片组成的 G/CNT 结构。这种策略的关键在于在 CNT 的侧壁上引入缺陷，这些缺陷可作为石墨化程度较高的石墨烯垂直生长的成核点。由于共价键结构的优势，合成的 G/CNT-3 h 杂化物表现出了 CNT 和石墨烯的协同效应，即兼具优异的抗团聚性能、高达316m2 g-1的大比表面积以及在 30 MPa下高达3.6 × 103Sm-1 的高导电率。此外，与碳纳米管粉末相比，G/CNT-3h 的微波吸收性能明显增强。由于其卓越的性能和良好的生产率，G/CNT 杂化物在储能、催化、传感、过滤和电磁干扰屏蔽等多个领域具有广阔的应用前景。

文献：https://doi.org/10.1002/adfm.202306785