[发明专利]一种多壁碳纳米管@X复合电极及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种多壁碳纳米管@X复合电极及其制备方法和应用，所述多壁碳纳米管@X复合电极的制备方法如下：S1：通过直流等离子体增强化学气相沉积的方法，在玻璃碳上生长垂直有序的多壁碳纳米管阵列；S2：通过磁控溅射的方法将活性物质X涂覆于 S1所述多壁碳纳米管阵列表面；其中，所述多壁碳纳米管的直径为10～300nm，长度为100～5000nm，多壁碳纳米管阵列中管之间的距离为50nm以上。本发明提供的多壁碳纳米管@X复合电极具有更高的比表面积、优异的导电性能、较高的机械性能和化学稳定性，可以广泛应用于电催化、电化学分析、超级电容器、电池等各种电化学应用领域。

技术领域

本发明涉及电化学应用技术领域，具体地，涉及一种多壁碳纳米管@X复合电极及其制备方法和应用。

背景技术

在进行电化学应用时，通常需要在整个电极的表面均匀涂覆活性材料如金属、半导体、分子等，得到一种线性核壳结构，然后再将线性核壳结构固定在基底上。这种结构具有较大的比表面积，将有助于整体电荷转移效率的提升。近年来，有许多技术可以达到在线形材料如硅纳米线、碳纳米管、记忆金属纳米线上涂覆材料的目的：化学气相沉积、电沉积、原子沉积、溅射沉积等。传统方法制备核壳结构时，是通过将核心材料分散在悬浮液中达到涂覆壳材料的目的，然后将核壳结构的材料随机无序地固定在基底上。这种方法的缺点在于线性核壳结构材料无序的排列在基底上，有些站立有些平铺，甚至有些会发生堆叠导致与基底无法良好接触，这种无序结构会影响整个复合电极的电导率和电荷传输速率。另外，传统方法是先制备核壳材料，在将其固定到基底上，这使得外壳材料与电极或核壳界面之间的电阻严重影响了电极的导电性能。

为了保证电极良好的导电性，核心材料应良好有序的排列在基底上，并且每个核心材料都应该和电极直接接触，同时外壳材料也应该均匀覆盖在核心材料表面。与此同时，核心材料和核壳材料与块状电极不仅要具有良好的导电性，还要有较强的机械稳定性和电化学惰性，以防止在进行电化学应用时发生分解或腐蚀。到目前为止，在一个大电极上固定一维纳米材料，无论是金属还是半导体，都出现了上述问题。因此他们也都只适用于小型应用领域，并不能归类于通用平台。

因此，很有必要研发一种具有良好导电性以及较强的机械稳定性和电化学惰性的复合电极及其制备方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种多壁碳纳米管@X复合电极，本发明提供的多壁碳纳米管@X复合电极在确保导电性能的前提下具有更高的比表面积、较高的机械性能和电化学稳定性，可以广泛应用于电催化、电化学分析、超级电容器、电池等各种电化学应用领域。

本发明的另一目的在于提供上述多壁碳纳米管@X复合电极在电化学应用平台中的应用。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种多壁碳纳米管@X复合电极，所述多壁碳纳米管@X复合电极的制备方法如下：

S1：通过直流等离子体增强化学气相沉积（DC-PECVD）的方法，在玻璃碳上生长垂直有序的多壁碳纳米管阵列；

S2：通过磁控溅射的方法将活性物质X涂覆于 S1所述多壁碳纳米管阵列表面；

其中，所述多壁碳纳米管的直径为10～300nm，长度为100～5000nm，多壁碳纳米管阵列中管之间的距离为50nm以上。