碳纳米管对多金属氧酸盐簇的限制作用增强了电化学储能

碳纳米管(CNTs)由于具有高导电性、大理论表面积和良好的化学稳定性，被认为是理想的电化学储能材料。

然而，由于强大的范德华力，CNT倾向于聚集，这减少了它们的电化学活性面积。由于单壁碳纳米管(SWNT)的高长径比，这个问题更严重。

近日，由中国科学院深圳先进技术研究院王晓博士、山西大学朱生博士和北京大学李岩教授领导的联合研究团队对多金属氧酸盐客体分子进行了包封。在单壁碳纳米管(直径约为1.4纳米)内，以增强碳纳米管的电化学储能。

该研究于6月8日发表在CellReportsPhysicalScience上。

由于碳纳米管的限域效应，多金属氧酸盐分子在碳纳米管腔内形成一维链状结构。这种定义明确的多金属氧酸盐@SWNT杂化物有望成为超级电容器的电极材料候选者。

电子转移降低了纳米管的表面电荷密度，从而削弱了范德华力并抑制了聚集。因此，填充有多金属氧酸盐的单壁碳纳米管显示出更大的电化学活性区域和更高的双层电容。

多金属氧酸盐分子可以通过可逆的氧化还原反应提供赝电容，从而提高多金属氧酸盐@SWNT杂化物的电容性能。值得注意的是，CNT的限制作用大大提高了封装的多金属氧酸盐的循环稳定性。

因此，这种一维混合材料表现出增强的电化学储能特性，比电容为328.6法拉/克(每秒10毫伏)，高于纯SWNT(172.2法拉/克)。此外，组装后的超级电容器在10,000次循环后仍保持91.3%的容量保持率。

“我们的研究为碳纳米管的限制效应研究提供了宝贵的见解，它在利用高性能储能和转换材料方面具有巨大的潜力，”该研究的通讯作者王晓博士说。