Page 68 - 《精细化工》2022年第11期

·2218· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 39 卷

阵列（图 4）。 能使 MWCNT 阵列的电阻显著减少。

图 5 Ru 沉积前后垂直 MWCNT 森林的示意图 [30]
Fig. 5 Schematic diagram of MWCNT forest before and
after Ru deposition [30]

2.1.3 锌空气电池
锌空气电池中的氧还原反应（ORR）和析氧反
应（OER）需要高效、经济、稳定的电催化剂来替

代传统的高成本、不稳定和低毒的铂族金属电催化
图 4 浸渍催化剂前驱体的炭黑/碳纸衬底上 CVD 生长 剂。NCNTA 不仅能提供大量活性位点，还能改善
WA-CNT 阵列 [27]
Fig. 4 Growth process of WA-CNT arrays onto carbon- CNT 的亲水性，从而促进反应的进行，其良好的电
black layer/carbon paper substrate impregnated 化学性能使 NCNTA 在最近几十年中得到了迅速发
with catalyst precursor by CVD [27] 展 [31-32] 。TIAN 等 [31] 通过控制氮掺杂的程度来调节

所制备的阵列具有三维多孔结构、近似线性通 三维 CNTA 的润湿性，使制备的电极具有优良的
道、长度和直径分布可控、导电性好等优点，可作为 OER 和 ORR 性能。CAI 等 [32] 制备了石墨烯泡沫支撑
空气电极的催化剂载体。电化学测试表明，WA-CNT 的氮掺杂垂直排列的碳纳米管阵列（N-VA-CNT/GF）。
阵列/炭黑层/碳纸基复合电极在锂空气电池中的电流 由 N-VA-CNT/GF 杂化电极组装而成可充电锌空气
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密度为 0.05 mA/cm 时，获得了 2930 mA·h/g 的放电 电池，N-VA-CNT/GF 具有规律的排列结构，为中间
比容量，远远超过了锂空气电池中的其他碳质材料。 离子和气体扩散提供了合适的通道，CNT 管壁上的
2.1.2 染料敏化太阳能电池（DSSC） 氮掺杂和金属原子掺杂提高了氧电化学反应的催化
Pt 电极具有优异的导电性、电催化活性和稳定 活性。由一维碳化钼分支的 Co、Zn、N 共掺杂 CNTA
性，是 DSSC 中最昂贵的组件，但 Pt 的成本过高， 也可组装成有效双功能电催化剂 [33] ，当用作可充电
限制了其在 DSSC 中的发展，CNTA 具有良好的电 锌空气电池的空气-阴极催化剂时，金属原子掺杂提
化学催化活性、大的比表面积和高的导电性，被认 供了更多的活性位点、增强了导电性，表现出优异
为是一种很有前途的候选材料，其制备的 DSSC 电 的储能和转换性能。与基础生长的 NCNTA 相比，
极有着十分可观的能量转化效率，有望取代日益稀 具有顶端优势活性位点的垂直生长的 NCNTA 更适
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缺的 Pt 电极 [28-30] 。ZENG 等 [28] 采用 CVD 在不锈钢 合吸收 O 2 、H 2 O、OH 和其他相关反应物，以获得
衬底上生长垂直排列的 CNTA，再在 CNTA 上涂覆 更直接的 ORR 或 OER 响应。NIU 等 [34] 将 CoNi 合
纳米 ZnO 制成 DSSC 的阳极，这种方法使纳米 ZnO 金植入由三维（3D）泡沫镍（NF）支撑的 NCNTA
依次均匀地附着在所有 CNT 上，CNTA 在 ZnO 覆 顶端可得到一种高催化活性的 CoNi@NCNTA/NF
盖层和不锈钢衬底之间提供了良好的电连接，因此， 材料，可将 CoNi@NCNTA/NF 材料制成币形和袋形
增大了电极的比表面积，提高了电子导电性，改善 可再充电锌空气电池的电极，币形电池的峰值功率
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了 DSSC 的性能。通过“生长—脱离—转移”工艺在 密度为 108 mW/cm ，能量密度为 845 W·h/kg，室温
刚性玻璃基片和柔性塑料基片上制备的垂直排列的 下可再充电>28 h。
NCNT 阵列（NCNTA）具有高度有序几何结构的超 具有稳定催化活性柔性锌空气电池电极对可穿
大比表面积，将其用作新型 DSSC 的对电极，其展 戴金属空气电池具有重要的意义。CNTA 化学稳定
现出与 Pt 电极相似的功率转换效率 [29] 。MWCNT 具 性好、机械强度高，可以避免电解质和催化剂的直
有大的比表面积和良好的催化活性，YUN 等 [30] 使用 接接触，保持结构的稳定，且其力学性能较好，可
原子层沉积（ALD）的方法在垂直生长的 MWCNT 用于柔性锌空气电池的制备 [35-37] 。LIU 等 [35] 报道了
阵列（MWCNT 森林）上沉积 Ru 层，将其作为收 一种在碳纤维布上生长包覆 CoFe 合金纳米颗粒的
集电极（图 5）可改善 DSSC 电极电荷收集效率低 CNTA 的新方法，此材料可作为柔性锌空气电池的
的缺点。在 ALD 循环 600 次的情况下沉积的 Ru 层 自支撑空气阴极。优化后的电极具有良好的双功能