碳纳米管/三维石墨烯复合材料、其制备方法及应用技术

本申请公开了一种碳纳米管/三维石墨烯复合材料及其制备方法。所述制备方法包括：将所述三维石墨烯气凝胶置于化学气相生长设备内，并以非离子型高分子化合物作为碳源，通过化学气相沉积法于三维石墨烯气凝胶表面及内部生长碳纳米管，制得目标产物。本申请碳纳米管/三维石墨烯复合材料的导电网络的导电性好，比表面积大，电活性物质负载量高，电化学性能稳定。本发明专利技术还公开了基于所述复合材料的电极材料、电极及储能装置，例如柔性全固态非对称超级电容器，且此类柔性全固态非对称超级电容器具有很高稳定性。

Carbon nanotube / 3D graphene composite materials, preparation methods and Applications

The present application discloses a carbon nanotube / three-dimensional graphene composite and a preparation method. The preparation method comprises the following steps: the three-dimensional graphene aerogel in chemical vapor deposition device, and nonionic polymer compounds as carbon source by chemical vapor deposition method in three-dimensional graphene aerogel surface and internal growth of carbon nanotubes, prepare the target product. The carbon nanotube / 3D graphene composite material has good conductivity, large specific surface area, high electrical active material load and stable electrochemical performance. The invention also discloses electrode material, electrode and energy storage device based on the composite material, for example, the flexible all solid asymmetric supercapacitor, and the flexible all solid state asymmetric supercapacitor device has high stability.

【技术实现步骤摘要】
碳纳米管/三维石墨烯复合材料、其制备方法及应用
本申请具体涉及一种碳纳米管/三维石墨烯复合材料、其制备方法及应用，例如在制备超级电容器中的用途，属于纳米材料制备领域。
技术介绍
构建碳纳米管/三维石墨烯(CNTs/3DG)纳米结构的复合材料，充分发挥碳纳米管和石墨烯的协同效应，不仅可以利用碳纳米管/三维石墨烯高的比表面积而增加电化学活性物质(过渡金属氧化物、导电聚合物)的负载量，还可以充分利用其导电网络来加快电子、离子的传导。因此，具有该类纳米结构的电极往往被认为最具发展潜力的一种超级电容器电极。现有技术中设计了各种碳纳米管/三维石墨烯纳米结构的复合材料的工艺路线，例如，有研究人员制备出了氧化锰包覆的碳纳米管/三维泡沫石墨烯(CNTs/3DGF)纳米结构的电极，但是制备该纳米结构复合材料的工艺复杂、成本过高，而且泡沫石墨烯存在将近90％的孔隙，碳纳米管往往只生长在泡沫石墨烯的骨架上，以至于大大降低了后续电化学活性物质的载量因而限制了此类电极在柔性超级电容器中的应用。
技术实现思路
本申请的主要目的在于提供一种碳纳米管/三维石墨烯复合材料、其制备方法及应用，以克服现有技术中的不足。为实现前本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纳米管/三维石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于包括：提供三维石墨烯气凝胶，并且至少所述三维石墨烯气凝胶的表面及所含孔洞的内壁上负载具有催化活性的金属离子；将所述三维石墨烯气凝胶置于化学气相生长设备内，并以非离子型高分子化合物作为碳源，通过化学气相沉积法于所述三维石墨烯气凝胶表面及内部生长碳纳米管，制得所述碳纳米管/三维石墨烯复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种碳纳米管/三维石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于包括：提供三维石墨烯气凝胶，并且至少所述三维石墨烯气凝胶的表面及所含孔洞的内壁上负载具有催化活性的金属离子；将所述三维石墨烯气凝胶置于化学气相生长设备内，并以非离子型高分子化合物作为碳源，通过化学气相沉积法于所述三维石墨烯气凝胶表面及内部生长碳纳米管，制得所述碳纳米管/三维石墨烯复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于包括：将所述碳源和三维石墨烯气凝胶分别置于化学气相生长设备内的第一区域和第二区域，所述第一区域和第二区域沿载气的行进方向依次分布；将所述第一区域的温度升高直至使所述碳源分解为碳，并将所述第二区域的温度提升至600℃～900℃，同时向所述化学气相生长设备内通入载气，从而于所述三维石墨烯气凝胶表面及内部生长碳纳米管。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：第一区域与第二区域的距离为5～10cm。4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述非离子型高分子化合物包括聚乙烯吡咯烷酮、聚四氟乙烯胺中的任意一种或两种的组合；和/或，所述载气包括Ar气；优选的，所述载气流量为10～30sccm。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于包括：将可溶性金属盐与石墨烯水溶液混合后，在60℃～250℃进行水热反应，获得三维石墨烯的水凝胶，再经干燥处理，获得所述三维石墨烯气凝胶；所述具有催化活性的金属离子来源于所述可溶性金属盐。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述可溶性金属盐包括镍盐；和/或，所述可溶性金属盐与石墨烯的质量比为0.1:100～80:100；和/或，所述干燥处理的方式包括冷冻干燥方式。7.根据权利要求1或5所述的碳纳米管/三维石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于：所述催化金属离子包括过渡金属离子；优选的，所述过渡金属离子选自Ni2+、Fe2+或Co2+；尤其优选的，所述过渡金属离子为Ni2+。8.由权利要求1-7中任一项所述方法制备的碳纳米管/三维石墨烯复合材料。9.碳纳米管/三维石墨烯复合材料，其特征在于包括三维石墨烯以及碳纳米管，所述碳纳米管直接生长在三维石墨烯的片层表面，并与三维石墨烯紧密结合；其中，所述碳纳米管与石墨烯的质量比例为1：9～1：2；同时所述碳纳米管/三维石墨烯复合材料所含孔洞的孔径为3～50nm，比表面积在1300m2g-1以上。10.一种电极材料，其特征在于包含：权利要求8或9所述的碳纳米管/三维石墨烯复合材料；以及，负载于所述碳纳米管/三维石墨...

【专利技术属性】
技术研发人员：张跃钢，潘争辉，杨洁，刘美男，李继元，侯远，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32