Page 65 - 《精细化工》2022年第11期

第 39 卷第 11 期 精 细 化 工 Vol.39, No.11
2022 年 11 月 FINE CHEMICALS Nov. 2022

综论
碳纳米管阵列在电化学中的应用

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余 澎 ，史创奇 ，王闻达 ，郭博森 ，梁 童 ，罗卫华 1,2,3*
（1. 中南林业科技大学 材料科学与工程学院，湖南 长沙 410004；2. 中南林业科技大学 材料表界面科
学与技术湖南省重点实验室，湖南 长沙 410004；3. 中南林业科技大学 湖南省木本生物质转化工程技术
研究中心，湖南 长沙 410004）

摘要：高定向的碳纳米管阵列由于优越的电导率、大的比表面积、发达的多孔结构而具有良好的电化学性能，
其优异的倍率性能和较长的循环寿命使其在电化学领域展现出巨大的应用潜力。该文简要介绍了碳纳米管阵列
的制备；从新型电池、超级电容器、电化学催化和电化学传感器 4 个方面综述碳纳米管阵列在电化学应用中的
最新研究进展；分析了碳纳米管阵列在电化学应用中所面临的问题，并提出了其未来发展方向。
关键词：碳纳米管阵列；电化学性能；储能；催化；传感器
中图分类号：TQ127.11；O646 文献标识码：A 文章编号：1003-5214 (2022) 11-2215-10

Application of carbon nanotube arrays in electrochemistry

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YU Peng , SHI Chuangqi , WANG Wenda , GUO Bosen , LIANG Tong , LUO Weihua 1,2,3*
（1. College of Materials Science and Engineering, Central South University of Forestry & Technology, Changsha
410004, Hunan, China; 2. Hunan Province Key Laboratory of Materials Surface & Interface Science and Technology,
Central South University of Forestry & Technology, Changsha 410004, Hunan, China; 3. Hunan Engineering Research
Center of Woody Biomass Conversion, Central South University of Forestry & Technology, Changsha 410004, Hunan,
China）
Abstract: Highly oriented carbon nanotube arrays exhibit good electrochemical properties of excellent rate
performance and long cycle life due to their superior electrical conductivity, large specific surface area and
well-developed porous structure, which leads to great application potential in the fields of electrochemistry.
Herein, the synthesis methods of carbon nanotube arrays were briefly introduced, followed by discussions
on the latest research progress of carbon nanotube arrays in electrochemical applications in the aspects of
novel batteries, supercapacitors, electrochemical catalysis and electrochemical sensors. Finally, the existing
problems of carbon nanotube arrays in electrochemical applications as well as the future development
directions were analyzed and summarized.
Key words: carbon nanotube arrays; electrochemical properties; energy storage; catalysis; sensors

自 1991 年碳纳米管（CNT）被发现以来，其独 CNT 和螺旋形 CNT 3 种类型。CNT 的手性指数（n,
特的结构和优异的力学、电学及热学性能引起了研 m）与其螺旋度和电学性能等有直接关系。当 n=m
[1]
究者的广泛关注 。CNT 的结构可看作是由单层或 时，CNT 称为扶手椅形 CNT，手性角（螺旋角）为
多层片状石墨烯卷成的圆柱体，其直径一般在 2~ 30°；当 n>m=0 时，CNT 称为锯齿形 CNT，手性角
20 nm 之间，相邻的片层之间的距离为 0.34 nm，根 （螺旋角）为 0，扶手椅形 CNT 和锯齿形 CNT 没
据组成层数的不同可分为单壁碳纳米管（SWCNT） 有手性；当 n>m>0 时，CNT 称为螺旋形 CNT，螺
[2]
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和多壁碳纳米管（MWCNT） ，如图 1 所示。按碳 旋形 CNT 具有手性。CNT 管壁中的碳原子是 sp 杂
六边形沿轴向的不同可分为扶手椅形 CNT、锯齿形 化，而 CNT 圆筒状弯曲会导致量子限域和 σ-π 再杂

收稿日期：2022-03-18; 定用日期：2022-06-01; DOI: 10.13550/j.jxhg.20220241
基金项目：国家重点研发计划项目（2019YFB1503804，2018YFD0600302）
作者简介：余 澎（1998—），女，硕士生，E-mail：876841348@qq.com。联系人：罗卫华（1968—），男，教授，E-mail：lwh6803@
163.com。